Цирклотрон из подручных материалов, или Как сделать ламповый усилитель из чего попало. Гибридный циклотрон без оос класса "а" Ламповый циклотрон

В старой советской литературе его называли противопараллельным (мостиковым) усилителем, в западной – циклотроном (circlotron, цирклотрон). Вы называйте, как удобнее и привычнее. В статье я буду употреблять слово "циклотрон".
А по сути он – двухтактный мостовой каскад. В дальнейшем, для простоты, буду называть его циклотроном, т. к. всем это понятие более знакомо. Циклотроны по способу связи с нагрузкой делятся на трансформаторные, автотрансформаторные, дроссельные, анодные, SE-циклотроны и бестрансформаторные (OTL) циклотроны.

Дальнейшее моё повествование будет об OTL-циклотроне, т. е. о бестрансформаторном двухтактном мостовом силовом каскаде с резисторами в катодах выходный ламп.

Почему я обратился к данной теме?
Причин несколько. Во-первых, было много нападок со стороны адептов трансформаторных усилителей на всё, что было без трансформаторов, во-вторых, честно признаюсь, я не смогу намотать качественный выходной транс кустарно, считаю, это может сделать далеко не каждый любитель и то на профессиональной оснастке. Ну, и, в-третьих, у меня появились несколько 6С33С-В, захотелось построить нечто масштабное и мощное на этих замечательных триодах. Так что назло первой причине, сожалея о второй и благодаря третьей, я принялся за воплощение идеи.

Первый проект

Началось всё в далёком 1996 году, тогда у меня ещё не было интернета и цифрового фотоаппарата, поэтому картинок поэтапной сборки усилителя, к сожалению, предоставить не могу. Работа на 90% была выполнена в течение года, потом останавливалась на годы и годы по разным причинам. Прикидывая схему будущего аппарата, я исходил из максимума, что можно выжать из пары 33-х ламп в двухтакте не цели ради, а спортивного интереса для. Пробный вариант делался на макете. Нагрузкой усилителя предполагались АС на двух последовательно соединённых динамиках ЛОМО 2А12-У4 общим сопротивлением 30 Ом (читайте статью об АС в разделе “Проекты акустики”).

Расчёт усилителя вёлся по характеристикам ламп.

Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только

Начну с конца тракта. В плечах оконечного каскада (ОК) по одной лампе 6С33С-В. Анодное напряжение было выбрано 160В с током покоя 100мА. Смещение -60-70В фиксированное. Хочу обратить внимание, что в циклотроне через катодные резисторы в статике ток не протекает, катоды находятся под нулевым потенциалом. Поэтому смещение только фиксированное! Оба катодных резистора включены параллельно нагрузке, их номинал выбирается исходя из того, чтобы не шунтировалась нагрузка.

По переменному току лампы ОК циклотрона включены параллельно, а значит и Rвых в четыре раза меньше, чем в обычных двухтактных схемах. Каскад нормально работает при номиналах Rк – 510Ом-3кОм. Попробовал даже при Rк=15Ом, но падала мощность каскада, и наблюдалось некоторое “заострение” вершин синусоиды. Так как усилительный каскад является катодным повторителем, то напряжение на Rк почти равно входному на сетке. Переменным резистором в цепи смещения выставляется “баланс нуля” на выходе в статике после прогрева ламп. Контролируется этот ноль при помощи миллиамперметра с центральной шкалой и пределами отклонения -50…+50мА, подключённого через ограничительный резистор 200 Ом. Даже при самом максимальном разбалансе плеч (ручка потенциометра вывернута в любое крайнее положение) и при включении сразу полного питания, стрелка прибора совершает кратковременный бросок на отметку 50мА или даже чуть зашкаливает, что соответствует временному появлению в нагрузке постоянки 10В. На практике эта цифра при правильном прогреве ламп на порядок ниже.

Драйверной лампой была выбрана 6Н6П-Е, сетки которой непосредственно связанны с анодами фазоинвертора (ФИ) на 6Н23П-ЕВ (Uа=110В, Iа=7…8мА). ФИ с катодными связями. На анодах 6Н6П-Е напряжение +260…265В, катодным резистором подбирается напряжение на катоде 115...116В. При таком режиме каждый триод драйвера кушает до 20мА. Хочу ещё раз напомнить, что этот макет прогонялся 13 лет назад, возможно какие-то нюансы я уже подзабыл. Но! Что я помню точно. Мощность удалось развить до 50Вт, было очень горячо! Пришлось обдувать панельки 33-х вентилятором. АЧХ оказалась практически линейна от 10Гц до 200кГц. Искажения и уровень шума и фона не измерялись. Картинка синуса 1кГц на осциллографе была идеальна. Поскольку АС для испытания не были тогда ещё готовы, я просто подключил два последовательно соединённых динамика 2А12-У4 и прослушал на небольшой мощности. Усилитель играл, а это главное.

С изготовлением шасси проблем не было. Так как я служил инженером на кафедре радиосвязи некогда ликвидированного и разрушенного военного училища связи и занимался передатчиками большой мощности, то имел выходы на различные оборонные предприятия и НИИ города, которые разрабатывали и поставляли нам технику. С материалами и деталями тоже проблем не было, тогда было золотое время. Так в одном из цехов я заказал шасси размером 350х350х65мм. Эту гнуто-сварную конструкцию мне изготовили из листа меди толщиной 2мм со всеми необходимыми отверстиями.

Построение ОК не поменялось, поменялись режимы работы. Анодное напряжение 95В, смещение -29-30В. Режим класса АВ. При номинальном входном напряжение ~2В амплитуда на выходе ФИ ~30В, что вполне достаточно для раскачки 33-х ламп. При указанных режимах на эквиваленте нагрузке 30Ом я имею переменки 20В, что соответствует примерно 13Вт мощности.
Кто-то скажет, что за бред!? В двухтакте на 33-х всего 13 ватт. Я ещё раз оговорюсь – печка мне не нужна, я ставил целью не выжать 50Вт на канал, а лишь найти компромисс между “можно”, “нужно” и “целесообразно и комфортно”. Если увеличить номинал анодных резисторов ФИ до 110кОм при Еа+330В, получив напругу на анодах +90…+95В, то при входном сигнале ~4В на выходе ФИ можно добиться размаха ~70В. Но это для тех, кто захочет большей мощи. Надо только не забыть, что при этом лампы ОК необходимо побольше припереть, да и анодное напряжение поднять. Иначе нелинейность в начале характеристики обеспечена. Ещё одно замечание. Если резистор в сетке 6С33С мал (как правило ставят 1…3кОм), то эти ~70В просядут до ~40В. Чтобы этого не произошло, сеточный резистор следует брать килоом 30…100. Проверено. В ходе настройки усилителя выяснилось, что при смещении ОК -20…-22В наступает ограничение.

Желание повысить мощность за счёт увеличения входного сигнала и увеличения смещения до -40…45В приводит к искажению типа “ступенька”.

Смещение 6С33С-В подаётся от стабилизатора на одном транзисторе типа КТ-973А.

На стадии макетирования я пробовал стабилизировать анодное выходных ламп на транзисторах 2Т-834А, но потом отказался, т.к. теряю на них около 5…6 Вольт напряжения. Просмотрев несколько схем циклотронов на забугорных сайтах, я отметил, что питание выходных каскадов нестабилизированное, номинал ёмкостей фильтра 2200…4700мкФ. Накалы всех ламп питаются переменным током. Вообще, чтобы избавиться от всего этого геморроя с сетью, я планирую купить промышленный сетевой стабилизатор, благо этого добра навалом.

Конструкция и детали

Шасси, как я уже писал, выполнено из листовой 2мм меди. Прошу прощения за неприглядный местами внешний вид – краска с годами кое-где облупилась.

В центре установлен трансформатор.

Под ним сетевой переключатель типа 4П2Н от военки, он имеет два направления и четыре положения – выкл., прогрев, полное питание и выкл. Тут же рядом выходят выводы сетевой обмотки транса.

С ручкой переключатель соединён стальным стержнем через подшипник.

Сзади размещены четыре банки К50-29 10000мкФх100В.

В то время они оказались под рукой (современные раз в 6-8 меньше по объёму и легко влезают внутрь подвала). Там же находятся лампы стабилизаторов.

На задней стенке – гнёзда, клеммы, предохранительные колодки. На передней стенке – ручки переключателя сети и регуляторов “баланс нуля”. Вдоль левого и правого бортов расположены лампы, сверху спереди – приборы.

Детали, в основном, отечественные, используемые в военке.

Сигнальные и слаботочные цепи развёл проводом МС. Монтаж, за исключением стабилизаторов смещения и нескольких элементов стабилизатора высокого анодного, навесной.

Общие провода входного каскада собраны в точку у катодных резисторов и кондёра фильтра.

“Земли” катодных резисторов ОК и цепей смещения спаяны вместе. Далее общие провода всех каскадов и каналов сводятся на конденсаторах фильтра высокого анодного. Методом тыка на шасси была определена точка общего заземления усилителя, она оказалась в центре рядом с сетевым переключателем. В эту же точку припаялся конец от экранирующей обмотки силовика. Кстати, наличие этого соединения, в плане фона, ощутимо на слух. В нижнюю крышку шасси я врезал два небольших плоских вентилятора (12Вх170мА) для обдува панелек 6С33С-В.

Включение и настройка

Включение начинается с установки ручки переключателя сети в положение “прогрев”. На все цепи схемы подаются половинные напряжения питания. Лампы предварительно прогреваются и минут через десять можно подавать полное питание. В процессе дальнейшего прогрева регуляторами “баланс нуля” по приборам ставим ноль на выходе. Хочу заметить, что после получасового прогрева гуляния анодных токов 33-х ламп устаканиваются, и, сделав последнюю подстройку баланса нуля, можно слушать музыку. Собственно особой настройки не требуется, надо проверить номиналы напряжений и токов, указанных на схеме, и подобрать правильные режимы работы ламп – подбор резистора в катоде ФИ и установка напряжения смещения ОК подстроечным резистором стабилизатора.

Прослушивание

Нагрузил усилитель на АС на 2А12-У4. Предварительного усилителя и регуляторов тембра у меня пока нет, поэтому прямо с виниловой вертушки (вых.~250мВ) подал сигнал. Сравнивал звучание с транзисторной “Радиотехникой” при отключённых темброблоке и тонкомпенсации. Даже своим среднестатистическим слуховым аппаратом учуял, что ламповый звук лучше твёрдотельного – более живой и естественный. Чувствуется хорошая динамика 33-х триодов. Если в динамиках прослушивается фон, можно попробовать поменять между собой концы обмотки ~70в в выпрямителе одного из плеч.

В планах

Хочу в дальнейшем поэкспериментировать, вместо OTL использовать дроссельную и автотрансформаторную связь с нагрузкой. Сейчас я в поиске железа от ТС-180 или ТС-250. Поэтому, как будут результаты изысканий по этой теме, я продолжу свою статью.

Начинал своё хобби с простых транзисторных схем усилков, цветомузыки и прочего, что печаталось в «Радио».

Двадцать лет назад собрал свой первый двухкассетник.
С 1996г. увлёкся ламповыми схемами.

Читательское голосование

Статью одобрили 34 читателя.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

Задача была поставлена следующим образом: построить домашний HiFi-стереоусилитель мощностью ориентировочно 10-12 Ватт из оказавшихся в наличии деталей.
Попытаться оптимизировать имеющиеся схемы, используя измерительные приборы, недоступные в 30-е - 50-е годы прошлого века, и получить коэффициент гармоник меньше 0.5% на максимальной мощности.
Иметь в каждом канале выходы для двух сопротивлений нагрузки - 8 и 16 Ом.

Схема:

Выходные трансформаторы ТПП280-127/220-50, анодный ТА247, накальный ТН46. Напряжения указаны те, что были измерены в реальной схеме без сигнала. В скобках значения для правого канала.
Ток покоя каждой лампы выходного каскада примерно 30-35 миллиАмпер.
Цепи накала, питания пропеллера, зажигания светодиодов и переключения входов мне рисовать было лень. На выходном трансформаторе остались четыре неиспользованные обмотки, которые можно скоммутировать на восьмиомную нагрузку.

При достаточно низком коэффициенте гармоник наблюдался изрядный, на 10-15 Вольт, разнобой напряжений на анодах ламп предоконечного каскада. То есть что-то там балансировать я не стал.

Цирклотрон был выбран только потому, что трансформаторы, применённые в качестве выходных, при традиционном включении не пропускали ниже 70-80 Герц, зато анодный трансформатор позволил получить четыре изолированных источника по 350 Вольт на холостом ходу.

Результаты работы спектроанализатора.
Левый канал:

Правый канал:

измерения проведены, когда оба канала качают в нагрузку мощность, близкую к началу ограничения - напряжение на эквиваленте нагрузки 16 Ом 14 Вольт. Это значение условно принято за максимальную выходную мощность - приблизительно 12 Ватт.
Полоса с завалом -2дБ от 30 до 18000 Герц при уровне -6дБ
Коэффициент гармоник при уровне выхода -20дБ, то есть при мощности одна сотая от максимальной - приблизительно 0.06% (разрешающую способность моей измерительной системы иллюстрирует вот эта картинка:

При увеличении напряжения смещения выходного каскада до -13.5 Вольт коэффициент гармоник на максимальной мощности не меняется, а вот при уровне выхода -20дБ составляет примерно 0.12-0.15%, что ярко иллюстрирует разницу между классом A и классом AB.

Уровень шума/фона приблизительно -75дБ, никаких специальных мер для борьбы с фоном я не применял. Чувствительность примерно полвольта или даже выше - сигнала на выходах компьютерной звуковухи и сиди-проигрывателя вполне хватает для полной раскачки, да ещё с запасом децибел шесть. При этом разбаланс по усилению между каналами примерно 3 дБ.

Ещё несколько картинок:

Я пока не понял, как мне соорудить простой программный двухчастотный генератор для измерения интермодуляционных искажений, но посмотрев на уже полученные картинки, решил, что делать этого не буду. В конце концов, 0.4% гармоник на 12-ти Ваттах от пары 6П14П без обратной связи - это даже лучше, чем я ожидал.
Для получения такого результата пришлось тщательно подбирать лампы и балансировать фазоинвертер. При "неоптимальных" лампах коэффициент гармоник (при условии балансировки) на максимальной мощности возрастает в полтора-три раза, например, при установке в предоконечный каскад 6Н1П он составлял примерно 0.7%.

Отвечу на любые вопросы и померяю что угодно - если смогу:-)

Перед началом работ я поставил перед собой несколько задач, которые хотел бы решить в конструкции усилителя. Первая задача касается его звучания. Есть очень много усилителей, обладающих впечатляющими параметрами, но звучание, которых отталкивает, а прослушивание сопровождается утомляемостью. Наиболее серьезной технической проблемой таких усилителей является наличие тепловых искажений - одного из видов нелинейных искажений. Они в разном виде проявляются как во входных цепях, так и в выходных каскадах. Наиболее простым решением является использование компонентов, практически неподверженных изменению режимов работы при изменении рабочей температуры. Вторая задача связана с имеющимся корпусом от усилителя "Эстония УМ-010", в который я хочу встроить разрабатываемый усилитель. Силовой тороидальный трансформатор, установленный в нем, весьма неплох и имеет габаритную мощность порядка 400 Вт и хороший магнитный экран. Трансформатор, после выпрямителя, выдает ±32 В без нагрузки, что позволяет сделать усилитель с мощностью до 50 Вт на канал на нагрузке 8 Ом. С имеющимися небольшими радиаторами говорить о классе "А" работы выходного каскада не имеет смысла. Поэтому усилитель должен иметь выходной каскад, работающий в классе "АВ".

Я стараюсь использовать минимальное количество каскадов усиления звука, исходя из практики, такие решения имеют лучшую слитность и чистоту звучания. Наиболее простым способом получения высокого усиления по напряжению, совмещенного с высокой линейностью и минимумом тепловых искажений, является использование хорошего пентода. Я остановился на лампе 6Ж43П, она одновременно дает высокое усиление, имеет высокую мощность, что позволит работать сразу на выходной каскад, и имеет в ТУ нормировку параметров нелинейных искажений.

Для выходного каскада я выбрал латеральные полевые транзисторы с изолированным затвором. Они практически не имеют зависимостей рабочих режимов от температуры. За рубежом выпускаются комплиментарные пары таких транзисторов. Однако транзисторы в таких парах имеют различные динамические параметры. Гораздо интереснее применить транзисторы одной проводимости. Это можно реализовать двумя способами. Первый - использование архитектуры циклотрона выходного каскада. Он мне не подходит, поскольку потребует четыре независимых источника силового питания, а у меня в распоряжении только два. Второй - это схема с использованием межкаскадного трансформатора.

Структурная схема усилителя представлена на рис. 1. Фазорасщепляющий межкаскадный трансформатор позволяет решить сразу несколько проблем: подача сигналов одинаковой формы, но противоположной фазы на затворы выходных транзисторов, отвязка выходных каскадов от высоковольтного питания входного каскада, развязка от помех по питанию между силовым и высоковольтным питанием. Схема была рассчитана с использованием бесплатной программы моделирования LTSpice. С ее помощью удалось подобрать оптимальный коэффициент трансформации межкаскадного трансформатора, равный 2:1+1. Если поднимать коэффициент трансформации, то повышается глубина ООС, но сужается полоса усиления и, соответственно, качество передачи на высоких частотах. Снижение коэффициента трансформации требует большего размаха напряжения сигнала на аноде и начинает проявляться нелинейность уже самого пентода. Конденсатор в цепи ООС компенсирует фазовый сдвиг в работе трансформатора и обеспечивает общую устойчивость усилителя на ВЧ.

Рис.1. Структурная схема гибридного усилителя

Принципиальная схема усилителя представлена на рис. 2. Петля ОООС разорвана по постоянному току. По этой причине требуется применение сервосистемы для балансировки выходного каскада. Я выбрал схему с интегратором, питающимся от плавающего питания, синхронного с выходным сигналом с управлением верхним транзистором по затвору. Чтобы сервосистема не влияла на качество звучания усилителя, ОУ интегратора должен быть достаточно широкополосным, чтобы сигналы звуковых частот не проходили через интегратор. Поэтому был выбран широкополосный ОУ с полевыми транзисторами на входе и низким напряжением питания. Резистор R31 необходим для работы сервосистемы в отсутствии нагрузки. При его отсутствии петлевое усиление внутри цепи ООС получается очень большим, и сервосистема возбуждается на инфранизких частотах.

Рис.2. Принципиальная схема гибридного усилителя

Сигнал от трех пар входных клемм коммутируется сигнальными реле К1-К3 и далее подается на регулятор громкости на сдвоенном резисторе R1. Резистор R9 ограничивает постоянный ток второй сетки и защищает ее при случайной потери контакта в цепи анода. Стабилитроны VD1...VD4 защищают затворы выходных транзисторов от пробоя высоким напряжением. Для предотвращения появления слишком большого тока в момент зарядки конденсаторов силового питания, сначала питание на силовой трансформатор подается через токоограничивающий резистор R34 через реле К4, а через две секунды срабатывает реле К5, подключающее силовой трансформатор к сети напрямую.

Для управления усилителем сделана схема на микроконтроллере, которая следит за рабочими режимами усилителя по напряжению на резисторе автосмещения R8 и напряжению на выходе усилителя и управляет сигнальными и силовыми реле. Для питания входной части усилителя и микроконтроллера использован отдельный трансформатор Т1. После прогрева лампы появляется смещение на резисторе R8, после чего контроллер включает сначала реле К4, а потом К5. Если постоянное напряжение на выходе усилителя выйдет за допустимые пределы, микроконтроллер отключает силовое питание.

У усилителя получились следующие параметры: выходная мощность на каждый канал при ограничении по коэффициенту нелинейных искажений в 1% на нагрузку 8 Ом - 35 Вт, на нагрузку 4 Ом - 50 Вт; полоса усиления по уровню -3дБ и нагрузке 8 Ом - 7 Гц...50 кГц; глубина ООС в диапазоне частот 200 Гц - 20 кГц на нагрузке 8 Ом - 15-18 дБ.

Для усилителя потребовалось изготовить два вида трансформаторов: питания входного каскада и межкаскадные трансформаторы. Оба вида трансформаторов намотаны на магнитопроводе В43 завода "Комета", который примерно соответствует ПЛР13x25. Межкаскадный трансформатор содержит две катушки, первичные обмотки соединены параллельно, а вторичные использованы раздельно. Первичные обмотки намотаны проводом ПЭТВ-2 0,118, вторичные - ПЭТВ-2 0,18. Намотка каждой катушки выполнена в 9 секций. Первой наматывается секция вторичной обмотки, после чего они идут по очереди. Количество слоев по секциям: 1-3-2-5-5-5-2-3-1. Каждый слой вторичной обмотки состоит из 159 витков, а первичной - из 227 витков. Итого, первичная обмотка содержит 3632 витка, а вторичная - 1749 витков. Между слоями прокладывается один слой конденсаторной бумаги толщиной 0,02 мм. Между секциями прокладывается один слой крафтбумаги толщиной 0,12 мм. Сопротивление пары первичных обмоток около 310 Ом. Сопротивление каждой вторичной обмотки около 64 Ом. Поскольку начальный ток через пентод невелик, то зазора при сборке трансформатора не потребовалось. Трансформатор питания входной части усилителя и цифрового контроллера состоит из двух одинаковых катушек, обмотки на которых соединены параллельно. Надо помнить, что для параллельного соединения катушек трансформаторов на П или ПЛ сердечниках, намотку второй катушки надо производить в противоположном направлении. Первичная обмотка состоит из 3540 витков проводом ПЭТВ-2 0,125 для напряжения питания 240 В с отводом от 295 витка для работы от 220 В. Высоковольтная вторичная обмотка состоит из 2640 витков тем же проводом. На каждой катушке накальная обмотка выполнена из четырех обмоток, соединенных параллельно по 111 витков проводом ПЭТВ-2 0,25. Обмотка для питания цифровой части состоит из 177 витков того же провода. Между всеми обмотками проложена крафтбумага. Эти три трансформатора и имеющийся силовой тороидальный трансформатор пропитаны в церезине, что снижает их вибрации и заметно улучшает звучание усилителя.

Если в конструкции усилителя применить вместо отечественных транзисторов 2П904А (КП904А) импортные транзисторы BUZ900, BUZ901 или 2SK1058, то мощность усилителя возрастет, а искажения несколько снизятся. При этом надо уменьшить коэффициент передачи межкаскадного трансформатора до 4:1 +1 и увеличить значение резистора R18 до 2,2-4,7 МОм.

Константин Мусатов, г. Москва

Журнал "Радиолюбитель" 2008, № 5

Не так давно на www.dvdworld.ru разгорелась, не без участия автора, дискуссия про бестрансформаторные усилители вообще, и цирклотрон (circlotron) в частности. Автор оказался в меньшинстве... большинство же утверждало коллективную точку зрения на то, что...

Бестрансформаторные усилители играть не могут.
Бестрансформаторные схемы - "транзисторные".
Что такое цирклотрон? голос с задней парты: Это и есть бестрансформаторный усилитель?
Нет! У них у всех "стеблевая" топология.
Это новомодное изобретение такое. Типа Долби. Для домкино сойдет.
Это класс АБ! чур меня!
Это же глубокая ООС! голос с задней парты: А без ООС он не бывает! все хором: Кююю...
У кого-то от цирклотрона колонки сгорели
Вообще-то, только двое из оппонентов признались, что слышали цирклотрон вживую (правда, один из названных приборов цирклотроном не являлся), но оно все равно не играет.
Только один из оппонентов сам построил бестрансформаторный усилитель (или, по крайней мере, наблюдал процесс), но остался им недоволен.

Вот такие вот утверждения, на грани третьей стадии статистики. Давайте разбираться по пунктам. Для начала разберемся, что такое цирклотрон и что такое бестрансформаторный усилитель... лица, не поступающихся принципами, могут дальше не читать.

В основе цирклотрона - двухтактный мостовой силовой каскад, в котором токи источников питания перекрестно замыкаются через нагрузку. Результирующий ток нагрузки равен разнице токов двух плеч. Вот так выглядит (именно так) выглядит бюджетный цирклотрон Electro-Voice А20 1956 года выходной мощностью 20 Ватт (выходной и предвыходной каскады). Аналогичная конструкция на отечественных приборах опубликована в Радио, N9, 1963 год.

Ну и где же здесь бестрансформаторный каскад, спросит оппонент? A кто ему сказал, что цирклотрон - обязательно бестрансформаторный? Ну точно не я, это господа оппоненты сами выдумали, все вопросы к ним... А равно и по поводу транзисторной топологии.

Нагрузка может быть непосредственно акустической системой (как в современных цирклотронах Atma-Sphere, Tenor Audio). Может быть - автотрансформаторной (используется и в заводских конструкциях, и многими пользователями "чисто бестрансформаторных" цирклотронов). Можно, наконец, замкнуть нагрузку через аноды,

а сам цирклотрон сделать однотактным, вот так:

Мы уже упомянули дату - 1956. События развивались так (поклонников новых хронологий предупреждаю - даты настояшие!)

07.06.1951 - Сecil T. Hall подает заявку на патент США, патент 2705285 выдан 29.03.1955
01.03.1954 - Alpha M. Wiggins подает заявку на патент США, патент 2828369 выдан 25.03.1958.
Параллельно, аналогичный патент был зарегистрирован в Финляндии на имя Tapio Koykka (выдан 10.11.1954 - абсолютное первенство)

Патенты Уиггинса и Койкки немедленно реализовались в промышленные изделия под марками Electro-Voice (CША) и Voima Radio (Финляндия). Более подробно история рассказана на www.circlotron.tripod.com , откуда эта информация и получена автором. Благо, есть еще люди на свете, передающие информацию, взятую не с потолка, а из патентных библиотек...

Действительно, новомодная технология...

Почему схема в свое время не распространилась по всему свету? В изначальном трансформаторно-пентодном варианте ее единственное преимущество перед традиционными пушпулами - низкое выходное сопротивление со стороны катода упрощает конструкцию трансформатора. Все остальные "достоинства" пентодного пушпула - налицо (обязательная ООС, Вильямсоновские каскады, не менее двух пар разделительных емкостей и т.п.). А существенный минус - двойной комплект обмоток, выпрямителей и фильтров - не позволял конкурировать в цене с традиционными конструкциями. Ведь тогда не было хаенда, и борьба шла за каждый доллар, а не число нулей в цене. Квантовый скачок к полностью бестрансформаторной схеме требовал перехода на качественно другой ценовой уровень, тем более при тогдашних комплектующих - напомню, что напряжения в бестрансформаторном усилителе ламповые, а токи - транзисторные, так что стоимость полновесного фильтра питания (10-40 тысяч мкФ * 200В на канал) и сегодня совсем не детская... В общем, не прижилось дитятко. Новая жизнь цирклотрона началась примерно в 1982 году (умер Брежнев, сбили Боинг, разместили Першинг, выпустили Novacron).

Кстати, о двойном комплекте источников питания. Он практически неизбежен в усилителях мощности, а вот в балансном предусилителе Ральфа Карстена (патент США 6242977) - полноценном цирклотроне с прямым выходом (120В пик-пик, не шутка!) на 600-омную линию - обошлось одним комплектом выпрямителей. Как? не просто, а очень просто... кто не догадался, зайдите в патентную библиотеку, не мне Вас учить. В ламповом оконечнике такое тоже возможно... пара емкостей и пара (лучше - две пары) МДП-транзисторов на хар-роших радиаторах.

Теперь разберемся со стеблями. Сложно сказать, почему в головах оппонентов засели такие ботанические познания (разработчики "стеблей" предпочитали этнографические термины из жизни коренных народов США). Как показал следственный эксперимент, стеблем названа схема Футтермана-Розенблита (практически, в нынешнее время производится только Розенблитовский вариант - первоначальная схема Футтермана оказалась ненадежной и не использовала в должной мере низкое выходное сопротивление со стороны катода). Вот он, стебель, не имеющий ничего общего с цирклотроном.

Cхема Ф-Р уверенно работает только с обратной связью (не менее 12дБ). Без ООС она неработоспособна - выходное сопротивление со стороны катода и анода разное, второй гармоники будет много даже по хаендным стандартам. Вот только предварительных каскадов надо 3, а в цирклотроне достаточно одного.

И, ко всему прочему, предоконечный каскад в схеме Ф-Р видит совершенно разные емкости нагрузки. В цирклотроне же оба плеча симметричны, и проблем с разным сдвигом фаз нет. Килогерц так до сотни.

По постоянному току - и в цирклотроне, и в "стебле" - необходимо два независимых источника смещения выходного каскада. Действительно, при прямом подключении акустики разница в токах плеч замыкается через нее. Но на практике, при максимальном токе плеча в 0.5А (восемь 6Н13С или 4 6С33С на канал) - даже при полном выходе из строя одного плеча через нагрузку потечет ровно пол-амперы. В жизни - добиться разбаланса исправных плеч больше 1/3 тока покоя при исправных лампах не смогут даже самые заслуженные оппоненты и радиогубители. А можно ли убить акустику постоянным током в 100-200 мА? В крайнем случае, если отказало одно плечо, а в другом - сетки сели на землю, тут извините - должны сработать предохранители. Оппоненты, вы знаете, что это такое?

А при автотрансформаторной связи вопрос о постоянке в нагрузке вообще неуместен. При сопротивлении полной обмотки в 1 Ом от каждого катода до земли - ровно половина Ома, а на выходном зажиме - четверть Ома... перемножаем на 0.5А, получаем 125мВ в худшем случае.

Теперь об ООС. Цирклотрон без ООС на традиционных "стабилизаторных" лампах

Устойчив по постоянному току и напряжению. Лампы 6С33С в режиме с фиксированным смещением, вообще-то, склонны идти вразнос, но это лечится элементарной локальной ООС (через внутреннее сопротивление источника питания). Лампы 6Н13С, 6С19П, 6П45С не требуют каких-либо ухищрений.
Имеет полосу от 0 до не менее 100 кГц по уровню -1дБ. И устойчив как Медный Всадник. Полоса определяется, в основном, связью с предыдущими каскадами (снизу) и емкостной связью между половинками блока питания (сверху). Разумеется, при трансформаторной или автотрансформаторной связи полоса сужается.
Имеет в бестрансформаторном включении выходное сопротивление от 10 Ом (8 6Н13С на канал) до 2 Ом (Atma-Sphere MA1, 24 6Н13С на канал). А c автотрансформатором 3:1 - от 1 до 0.3 Ома. Вам и этого много? При 50В на сетках это примерно 15В на выхоже. Вам этого мало?
Конечно, все зависит от акустики. Если ставить задачу воспроизвести 10Гц на крохотных фазоинверторах - пожалуйста, используйте ООС. А если нет, и сопротивление акустики в СЧ диапазоне не слишком лихорадит - слушайте музыку, помогает...

Первые - трансформаторные - цирклотроны Electro-Voice работали только с ООС. Экономичности ради в них использовались пентоды, причем с перекрестным питанием экранирующих сеток, из них выжимали все, что можно. Современный цирклотрон те же 20Вт снимает не с пары 6П6С, а с восьми 6Н13С. Так что вопрос нелинейных искажений, пресловутой третьей гармоники стоит не на первом Ватте, и даже не на десятом... А, кстати, что произойдет на десятом Ватте с однотактником на трехсотке? Это не ругани ради, это просто чтоб представить разницу в масштабах.

Теперь о классе А и АБ. Тут путаются и неизлечимые оппоненты, и даже вполне грамотные люди. Дальше - для грамотных! Рассмотрим реальный цирклотрон (Мамонт 1), 8 ламп 6Н13С на канал, нагрузка 8 Ом. Зададим ток покоя на триод - 75мА (всего - 1.2А, смещение при этом около -60В). При какой выходной мощности каскад перейдет из класса А в класс Б? Ограничимся синусоидой на входе для простоты примера. Моделирование в EWB 5.12 достаточно точно отражает суть процесса.

Традиционная логика говорит - при мгновенном токе нагрузки 0.6А (эффективное напряжение на нагрузке 3.4В, мощность - 1.5 Вт) одно плечо полностью закроется. 6Вт маловато будет. А теперь посмотрим, как на самом деле ведут себя токи плеч (возбуждение 9.2В эфф, выходное 3.4В эфф):

Ничего не закрывается! Ведь под катодом - не земля и не катодный конденсатор, а половина нагрузки! Закон трех вторых не забыли? Увеличиваем возбуждение, приближаемся к отсечке.

Опа! вот уже можно включать секундомер. На сетках - 20В эфф, на нагрузке - 7.3 В эфф, мощность в нагрузке - 6.6Вт. Вот это примерно и есть граница классов А-АБ. Теперь увеличим сопротивление нагрузки до 16 Ом при неизменном сеточном возбуждении. Форма тока вернется в класс А (примерно как на первом графике), на нагрузке - 10.7В эфф, или практически те же 7.0 Вт. Граница же А-АБ сместится к 13Вт на выходе (14.4 В эфф на нагрузке). Да, схема любит высокие сопротивления нагрузки, я предупреждал. А кто их не любит..

И никаких проблем с трансформатором в отсечке. Отсечка в жизни, кстати, менее резкая чем на идеальных моделях - лампа закрывается не так охотно.

Ну и наконец, как оно звучит? Оппоненты, честно скажите - какой цирклотрон, когда и в какой системе Вы слушали? Мамонт - всегда готов к Вашим услугам. Приходите, поругаем вместе...

Ccылки и благодарности:

Современные цирклотроны Ральфа Карстена

Бестрансформаторный ламповый усилитель

Давно мечтал послушать, как звучит бес трансформаторный ламповый усилитель, включенный напрямую в высокоомный динамик, исключив незыблемые для ламповой техники выходные трансформаторы или дорогие электролитические конденсаторы. Выходные трансформаторы обычно являются «камнем преткновения» и на их изготовление у радиолюбителя, решившегося построить ламповый усилитель уходит уйма времени. Фирменные выходные трансформаторы для лампового усилителя стоят дорого, особенно если они от какого-нибудь трансформаторного «Гранда» типа «Tango», «Tamwra» и т.д. не каждый может себе их позволить. А правильно намотать выходной трансформатор с секционированием или галетным способом очень трудоемко и зачатую непонятно, как это сделать. Руководства по намотке выходных трансформаторов обычно привязаны к определенной схеме и выходной лампе и даются авторами в довольно произвольной трактовке. В итоге, намотка выходного трансформатора - это наиболее муторная и затратная по времени и деньгам эпопея в создании качественного лампового усилителя. По этой причине радиолюбители на выходные трансформаторы поголовно ругаются и очень не любят их делать.

Работа началась «с конца» с разработки и воплощения в железе полноценного высокоомного широкополосного динамика. Нижеследующий материал - дополнение «усилительной частью» высокоомных динамических головок, которые я делаю мелкими сериями уже больше двух лет. Предлагаю Вам не очень развернутый, но полезный материал про мои без трансформаторные усилители к циклу статей по разработке и испытаниям высокоомных динамиков. Ссылки по теме найдете в конце статьи.

Разновидности без трансформаторных схем

В интернете есть большое количество схем бестрансформаторных ламповых усилителей. Две их основные разновидности: 1. Включение нескольких ламп с низким внутренним сопротивлением параллельно и работа на обычные низкоомные динамики. 2 Применение широко распространенных ламп и работа их на специальные высокоомные динамически громкоговорители.

Оба варианта без трансформаторных усилителей применяются достаточно редко т.к. номенклатура ламп с низким внутренним сопротивлением очень узкая, из советских их всего три: 6с-33с, 6с-18с и 6с19п (они разработаны для стабилизаторов напряжения). Как вариант - можно применить мощную лампу строчной развертки телевизоров 6п-45с, которая имеет тоже относительно низкое внутреннее сопротивление. Если применять лампы с низким внутренним сопротивлением, то их нужно соединять по несколько штук в параллель. Плюс обязательна схема усилителя - «циклотрон», как имеющая минимальное выходное сопротивление.

Основные лампы для безтрансформаторных усилителей это 6с33с и 6с18с. Внутри баллона каждой из них находится по два мощных триода с плоскими, хорошо развитыми анодами. За счет близкого расположения катода, сетки и анода, которые имеют большую площадь поверхности, внутреннее сопротивление лам беспрецедентно низкое. К сожалению низкое внутреннее сопротивление ламп 6с33с и 6с18с это почти единственное их преимущество. Спец лампы, предназначенные для стабилизаторов напряжения имеют малую крутизну и невысокий коэффициент усиления. ити подогревателей этих ламп рассеивают большую мощность, за счет чего КПД усилителя на 6с33с и 6с18с получается заметно ниже, чем у усилителей на обычных высоковольтных лампах.

Схема

Основа схемотехники без трансформаторного лампового усилителя почти стандартна. Входной каскад собран на распространенном «звуковом» двойном триоде с высоким усилением 6н-2п. Чтобы поднять усиление первого каскада, пришлось повысить его анодное напряжение почти до максимума (по даташиту) лампы 6н2п. По этой же причине пришлось увеличить номинал резисторов утечки выходного двухтактного каскада. В таком режиме внутреннее сопротивление Ri каждого триода лампы 6н2п примерно в три раза меньше сопротивления анодных резисторов, что делает дифкаскад максимально линейным. Катоды дифкаскада «подперты» генератором тока на «звуковом» германиевом транзисторе МП38А. Генератор стабильного тока на МП38А имеет выходное сопротивление больше 1 Мом, что без дополнительных мер позволяет получить максимально равные напряжения на выходе плеч дифференциального каскада. Германиевый источник тока повышает линейность дифкаскада и снижает его чувствительность к пульсациям питающего напряжения.

Двухтактный выходной каскад собран на высоколинейных пальчиковых триодах 6с19п, применяемых обычно в стабилизаторах напряжения. Каждое плечо выходного каскада имеет отдельный изолированный источник питания с низким внутренним сопротивлением. Для питания первого каскада применены два независимых выпрямителя с выходными напряжениями + 420 и -145 Вольт. Итого - бестрансформаторный ламповый усилитель содержит 6 независимых источников питания для стерео-варианта. В цепях серок триодов 6с19п установлены два делителя, служащих для балансировки выходного каскада. Одним резистором на выходе подстраивается «нуль», вторым устанавливается ток покоя выходного каскада. Нуль на выходе и ток покоя схема держит «железно».

При входном напряжении 2,3 В выходная мощность (с двумя лампами 6с19п) составляет 5,5 Вт на нагрузке 510 Ом. Чувствительность несколько ниже, чем принято и это можно считать небольшим недостатком данного бес трансформаторного усилителя.

Звучание

Звук у бестрансформаторной схемы оказался весьма интересным. Поразила высокая детальность, совершенно не характерная для ламповых трансформаторных аппаратов. Она была скорее, как у транзисторного усилителя, но с ламповой теплотой. Я объясняю это высоким быстродействием данной схемы и ее сверх широкой полосой пропускания. Возможно свой эффект дает малая, по сравнению с традиционным выходным трансформатором - индуктивность высокоомного динамика. На осциллографе фронты меандра практически не режутся до частоты 80 КГц.

Особенно хорошо широкая полоса заметна на одновременном звучании нескольких инструментов, дающих плотный высокочастотный спектр: тарелок, литавр, духовых и др. Инструменты звучат отдельно и не смешиваются в кучу, что не редко бывает у трансформаторных усилителей. Хороший плотный низ, и это при всего 5-ти Ваттах на выходе! Удивительно… Уровень интермодуляционных искажений оказался значительно ниже уровня гармонических, что редкость для ламповых схем. (Графики искажений приведены на фото). Усилитель оказался «всеядным», он одинаково хорошо играет музыку любого жанра, а количество «вкусных» ламповых гармоник очень умеренное и внимание особо не привлекает.