Достоинства и недостатки ламповых усилителей низкой частоты

-   Выходное сопротивление. Собственно такое же как и у аналогичного каскада с общим катодом. Ни хорошо ни плохо. В зависимости от применяемой лампы. 
-   Субъективизм. Именно этот тип фазоинверсного каскада рекомендуют многие разработчики ламповой аудиотехники, например А.И.Манаков. 
 
Б.   Дифференциальный каскад (лонгтэйл) 
 
-   Усиление. Усиление этого каскада равняется половине усиления аналогичного каскада с общим катодом. Минус «-». 
-   Линейность. За счет того, что каскад охвачен глубокой местной ОС и подавляет чётные гармоники и все синфазные шумы – линейность его на высшем уровне. Кроме того, у него есть второй «инвертирующий» вход, на который можно подавать ООС, или подключать экран межблочных соединителей.  
-   Выходное сопротивление. Аналогично каскаду с общим катодом. Ни хорошо, ни плохо. В зависимости от применяемой лампы. К сожалению, в данных каскадах наиболее эффективны лампы с высоким внутренним сопротивлением.  
-   Субъективизм. При грамотном построении можно получить каскад усиления с прецизионными характеристиками. Но многие разработчики ламповых усилителей именно за это его и не любят. 
 
В.   Каскад с разделённой нагрузкой, или парафазный 
 
-   Усиление. Усиление самого фазоинвертора равно 1. Но такой каскад рассматривается исключительно вместе с предусилителем на половине двойного триода. Так что его общее усиление равняется усилению каскада с общим катодом.

-   Линейность. За счет того, что каскад охвачен глубокой местной ООС – линейность его на очень высоком уровне.  
-   Выходное сопротивление. Вот тут есть разночтения. По мнению классиков этот каскад обладает разными импедансами со стороны катода и анода. Со стороны анода Rвых равняется Rвых каскада с общим катодом, а со стороны катода Rвых равняется Rвых катодного повторителя. По мнению Моргана Джонса Rвых и со стороны катода и со стороны анода равны за счет 100% ООС каскада. По моим личным наблюдениям скорее правы классики, так как на больших амплитудах выходной сигнал начинает приобретать несимметричное ограничение.  
-   Субъективизм. Почему то в наше время разработчики не любят применять этот тип фазоинвертора. Возможно, это связано со сложностью (хотя какая в этом сложность?) расчета режимов для связи предусилителя и фазоинвертора по постоянному току. Тем не менее, имея о данном фазоинверторе исключительно смутное представление, все заявляют о его «непригодности».  
 
При общем грамотном подходе к конструированию и монтажу лампового усилителя, Вы вряд ли почувствуете серьёзную разницу звучания между этими фазоинверсными каскадами. По этому выбирайте тот, который Вы считаете оптимальным для себя. Критерий выбора только за Вами. Никто кроме Вас не даст ответ какой из фазоинверторов «Ваш». Собираются все они в «навес» за время 30 минут – 1 час. А споры о типах фазоинверторов на форумах могут длиться неделями. По этому – практика, это единственное что подскажет Вам правильный путь. 
 
1.4   Тонкости применения триодов с высоким коэффициентом усиления. 
 
Очень часто у разработчика лампового усилителя встаёт проблема о необходимости применения драйвера с коэффициентом усиления выше 50. Подобный драйвер очень актуален при применении в выходном каскаде стабилизаторных триодов, мощных прямонакальных триодов типа 300В, 845 и прочие, мощных строчных ламп в триодном включении: 6П42С, 6П45С, 6550, КТ88, EL156, ГУ-50. Все эти лампы требуют высоких значений амплитуды сигнала на управляющих сетках – более 50 В. В некоторых случаях порядка 100 В. 
Что бы получить такую амплитуду напряжения сигнала можно пойти тремя путями: 
А. Сделать предусилитель на малосигнальном пентоде. 
Б. Сделать отдельно предусилитель и отдельно драйвер. Их общий коэффициент усиления гарантированно будет выше 100. 
В. Воспользоваться специальным малосигнальным триодом с высоким коэффициентом усиления. 
Рассмотрим отдельно вариант В. 
В арсенале инженера есть следующая номенклатура триодов с µ от 75 до 100: 6Н2П, ECC83 (12AX7), 6Н9С (она же 6SL7), ЕСС85, 6Г2, 6Г7, 6Ф5С, 12AT7. 
Многие современные и не очень авторы активно пропагандируют за применение этих ламп под лозунгом: триод всегда лучше чем пентод, один каскад всегда лучше чем два! Утверждение крайне спорное. Оно не учитывает современных требований к Hi-Fi технике и тонкие места в характеристиках этих ламп. 
Какие же у них особенности и отличительные черты, делающие их весьма спорными к применению? Да всего лишь 3: 
- крайне высокое внутреннее сопротивление, от 50 до 100 кОм; 
- очень низкая крутизна, от 1 до 2,5 мА/В; 
- высокая проходная ёмкость, от 1 до 2,5 пФ. 
Что это нам даёт? 
Высокое внутреннее сопротивление. Вспоминаем, что оптимальное значение величины нагрузки тля триода по физике вещей – 2…4 Ri. А из этого следует что только 6Н2П и 6Н9С укладываются в величины анодных резисторов ДО 100 кОм. Для 6Г2 и 6Г7 номиналы Ra перешагивают ЗА 150 кОм. 
Низкая крутизна. Тянет за собой низкую нагрузочную способность, или высокую нагрузочную неспособность. Выбирайте по вкусу. В режимах с паспортными значениями анодных резисторов заставить эти лампы справляться хоть со сколько-то значимой нагрузкой можно только выведя их в рабочие точки минимального Ri. А для этого надо их жарить с максимально возможным током на пределе величин рассеивания мощности анодом. При этом напряжения питания такого каскада могут быть выше 500…600 В! 
Высокое значение проходной ёмкости. И это добавляет нам головной боли! Вспоминаем формулу ёмкости Миллера: См=Спр(А+1), где А – коэффициент усиления каскада. И что мы имеем? То, что малюсенький триод имеет миллеровскую ёмкость СОИЗМЕРИМУЮ с миллеровской ёмкостью мощного выходного лучевого тетрода в триодном включении. Не смотря на низкое внутреннее сопротивление триодной половины 6Ф12П, при Спр=2 пФ, мы можем получить ёмкость миллера в 150...200 пФ! И это без учёта празитной ёмкости монтажа. 
Из-за очень высокоомных режимов подобные усилительные каскады склонны к самовозбуждению и имеют повышенную чувствительность к наводкам от внешних источников. Например, лампа 6Н2П, заявленная как «низкочастотная», легко детектирует сигналы до 1 ГГц. Опять же, для смягчения этого эффекта нужно снижать внутреннее сопротивление, а следовательно жарить лампу на пределе её возможности. 
Ещё не забудем, что 6Н2П страдает токами сетки при Uсм выше -1,5 В... 
Так что, перед применением высокоомных триодов рекомендую трижды подумать, прежде чем взяться за дело. 
Первое, это когда в нагрузке каскада с общим катодом на этой лампе находится пентодный усилительный каскад. Входное сопротивление пентода всегда достаточно велико и позволяет использовать в качестве драйвера довольно маломощную лампу с большим коэффициентом усиления. 
Второе. Использование буферного каскада с общим анодом - катодного повторителя. Опять же получаем крайне высокие значения входного импеданса, при крайне низком значении выходного импеданса. Собственный вклад в КНИ катодного повторителя крайне мал, особенно у катодного повторителя с активной нагрузкой. 
Третье. Использование триодов с высоким коэффициентом усиления в каскадах с активной нагрузкой, типа SRPP. Этим решается проблема высокого выходного сопротивления подобных каскадов. Для ориентировки можно принять что Rвых каскада SRPP примерно равняется ¼ Ri. Но только при условии применения одинаковых ламп в “верхнем” и “нижнем” плече каскада. 
 
2.Тонкости подбора элементной базы для ламповых конструкций. 
 
Давайте рассмотрим детально и поэлементно компоненты ламповых устройств для звуковоспроизведения 

 
2.1   Предусилительные/драйверные лампы. 
 
Для предусилителя/драйвера выбирается радиолампа с высоким статическим коэффициентом усиления µ (обычно от 20 до 100). Из предусилительных/драйверных ламп наиболее популярны триоды и пентоды. 
 
Триоды. Для предусилителя/драйвера (или малосигнальные, то есть работающие с малыми сигналами) имеют следующие отличительные особенности: 
-   Статический коэффициент усиления µ от 15 до 100. 
-   Внутреннее сопротивление Ri от 1 до 100 кОм. 
-   Мощность, рассеиваемая на аноде от 0,5 до 8 Вт. 
Какие моменты нужно учесть? Чаще всего - чем выше статический коэффициент усиления лампы, тем выше её внутреннее сопротивление. То есть, не смотря на высокое усиление каскада на такой лампе, его мощность будет крайне низкой, что отразится на верхней границе частот воспроизводимых усилителем. 
Есть триоды с высоким коэффициентом усиления и низким внутренним сопротивлением, но у этих ламп есть крайне серьёзный недостаток в виде высоченной паразитной ёмкости сетка-анод. Тут, соответственно, можно получить ограничение по входному регулятору громкости, что будет описано немного ниже. 
Наиболее популярные триоды: 
- с малым µ и не высоким Ri: 6Н8С (она же 6SN7), 6С2С (6J5), 6Н1П, 6Н23П (ЕСС88), 6Н6П, 6Н30П, ЕСС82 (12AU7) 
- с высоким µ и большим Ri: 6Н2П ECC83 (12AX7), ЕСС85, 6Г2, 6Г7, 6Ф5С, 12AT7 
- с высоким µ и не большим Ri: 6С3П, 6С4П, 6С45П, 6Ф12П 
С их особенностями вы можете ознакомиться в соответствующей литературе или в обсуждениях на форумах.  
 
Пентоды. Малосигнальные пентоды имеют следующие особенности: 
- Всегда высокое внутреннее сопротивление от десятков кОм, до единиц МОм. 
- Определяющее понятие для пентода – крутизна. Обычные значения от 1 до 50 мА/В. 
- Мощность рассеиваемая анодом та же что у малосигнальных триодов: от 0,5 до 8 Вт. 
Что нужно учесть выбирая пентодный предусилитель/драйвер для Вашего УМ? Помните, что если у триода Rвых каскада это параллельное включение внутреннего сопротивления лампы и анодного резистора, то Rвых пентодного каскада практически всегда определяется величиной анодного резистора, так как его внутреннее сопротивление всегда высоко и не оказывает существенного влияния. Не забывайте, что из любого пентода можно сделать триод. 
Наиболее применяемые малосигнальные пентоды. 
- Пентоды с малой крутизной: 6Ж1П, 6Ж2П, 6Ж7, 6Ж8, 6Ж32П (ЕF86), 6Ж3П, 6Ж5П 
- Пентоды с высокой крутизной: 6Ж9П, 6Ж51П 6Ж3, 6Ж4, и другие.  
 

2.2   Выходные лампы 
 
Выходной каскад делается на специальных выходных лампах,  с существенно меньшим коэффициентом усиления, чем у драйверных (от 1,5 до 20), но с существенно большим рабочим током. Так же как и для малосигнальных каскадов применяются триоды, пентоды и лучевые тетроды (к стати в западной литературе очень часто лучевые тетроды называют пентодами). Не смотря на то, что при правильной схеме и монтаже максимальное влияние на звук оказывает предусилительный/драйверный каскад, звук лампового усилителя у обывателя по большей части ассоциируется именно с лампами оконечного каскада. 
 
Мощные триоды. 
Не смотря на крайнюю востребованность это далеко не столь уж обширный класс радиоламп, если не рассматривать генераторно-модуляторные модели. Для применения в звукоусилении было разработано и дошло до нашего времени совсем уж неприличное количество радиоламп этого типа: 2А3, 300В, 6С4С (6B4G), 45. Это мощные прямонакальные триоды.

Их отличительные особенности: 
- Низкое внутреннее сопротивление, около 400 Ом. 
- Очень высокая линейность практически во всех режимах. 
- Их недостатки – они прямонакальные. Не очень удобно запитывать накал переменкой, приходится выпрямлять. 
Ситуацию разбавляют несколько моделей стабилизаторных триодов: 6С19П, 6С33С, 6Н5С, 6Н13С. Но реально применяются только первые две лампы. 6Н5С и 6Н13С имеют очень «кривые» ВАХ и при этом требуют сумасшедшего напряжения раскачки. 
Стабилизаторные триоды отличают следующие особенности: 
- Очень низкое внутреннее сопротивление, от рекордных 80 Ом (6С33С) до 300 Ом. 
- Низкие значения анодных напряжений, от 100 до 250 В. 6С33С – до 400 В. 
- Очень высокое напряжение раскачки. К примеру для полноценной раскачки 6Н13С необходимо что бы драйвер выдавал сигнал в 100 В амплитудного значения. 
Помимо перечисленных, есть несколько условно звуковых ламп, изначально разработанных для радиосвязи, таких как триоды: Г-811, ГМ-70 845, 211 и прочие весьма высоковольтные и высокомощные радиолампы.  
 
Мощные пентоды и лучевые тетроды. 
В отличии от мощных звуковых триодов, мощные звукоусилительные пентоды и лучевые тетроды представляют собой многочисленнейшее семейство электровакуумных приборов. В первую очередь это связано с бОльшим КПД многосеточных ламп, хоть и в ущерб их линейности. 
В отличии от довольно однообразной группы мощных триодов, группу мощных пентодов и лучевых тетродов мы можем разделить на несколько подгрупп. 
- Пентоды и тетроды средней мощности: 6П1П, 6П14П (EL84, 6BQ5), 6П18П, 6П43П, 6П6С (6V6), 6Ф6С (6F6). Это весьма схожие по своим параметрам но не по звуку радиолампы. Мощность, рассеиваемая анодом от 10 до 14 Вт, внутреннее сопротивление в пентодном режиме от 30 до 70 кОм. Статический коэффициент усиления в триодном включении варьируется от 10 до 20. Напряжение сигнала на сетке этих ламп от 7 до 20 В амплитудного значения.  
Из всех типов выходных радиоламп именно эта подгруппа рекомендуется нами для первых шагов в деле построения ламповых усилителей. Несмотря на свою маломощность, именно эти лампы являются самыми музыкальными из всех существующих. Их можно использовать как в триодном, так и в пентодном включении с одинаково отличным результатом. 
Ещё одно применение пентодов и тетродов средней мощности, это использование их в драйверных каскадах для раскачки мощных триодов, но это уже другая тема. 
- Пентоды и лучевые тетроды большой мощности: 6П3С (6L6 – это огромное семейство мощных лучевых тетродов, существенно отличающихся от модификации к модификации), 6П3С-Е (5881, совершенно иная, нежели обычная 6П3С лампа), EL34, Г-807 (807), 6П7С, КТ-66, КТ-77. Отличаются от предыдущей группы ламп и характеризуются следующими параметрами: мощность, рассеиваемая анодом от 20 до 30 Вт. В пентодном режиме работают с напряжениями до 800 В. В триодных режимах значение статического коэффициента усиления от 6 до 10. Требуемое значение амплитуды сигнала на управляющей сетке от 20 до 40 В. По своим звуковым качествам существенно уступают предыдущей группе радиоламп, но позволяют получать существенно большую мощность – до 20 Вт в классе А и триодном включении. В Hi-Fi применяются чаще всего в триодном и ультралинейном включении. В пентодных режимах применяются только для гитарных усилителей. 
Лучевые тетроды повышенной мощности для звукоусиления: 6550 (КТ-88), КТ-90, КТ-120. Одни из самых молодых радиоламп. Были разработаны для звукоусиления в 60-е годы ХХ века. Отличаются высокой электрической прочностью. Рассеивают на аноде от 45 Ватт и выше. Напряжение на аноде до 900 В в пентодном режиме. При этом имеют высокий показатель максимального тока катода, до 200 мА. Напряжение раскачки на управляющей сетке от 30 до 50 В амплитудного значения, в зависимости от режима работы. 
В Hi-Fi технике эти лампы замечательно прижились в качестве…выходных триодов. В триодном включении они обладают очень высокой линейностью, существенно меньшими нелинейными искажениями, нежели лампы предыдущей группы. 
Лучевые тетроды строчной развёртки ЭЛТ телевизоров: 6П13С, 6П31С, 6П36С, 6П41С, 6П42С, 6П45С. Интересная для Hi-Fi применения группа радиоламп. При достаточно различных мощностных показателях, от 15 до 45 Вт рассеиваемой мощности на аноде, эти лампы характеризуются следующими общими чертами: большое значение постоянного тока катода – от 100 до 400 мА. Крайне низким внутренним сопротивлением в тетродном режиме – от 3 до 10 кОм. Соответственно в триодном режиме величина внутреннего сопротивления достигает величин сопоставимых со стабилизаторными триодами – порядка 100…400 Ом. При этом эти лампы обладают отличной линейностью в триодном включении, по этому параметру они попирают позиции прямонакальных триодов. Эта группа ламп также настоятельно рекомендуется новичкам для первых опытов. Единственное замечание, эти лампы требуют достаточно мощного драйвера, который справится с их высокой паразитной ёмкостью. 
 
2.3   Межкаскадные разделительные конденсаторы. 
 
В ламповых конструкциях уровня «для начинающих» редко применяется схемотехническое решение типа усилитель постоянного тока (УПТ), с непосредственной гальванической связью между каскадами. Для разделения каскадов применяются следующие типы конденсаторов: 
- Бумаго-масляные (PIO): К40-У9, КБГ-МН, импортные конденсаторы Jensen, MultiCap и прочие. 
- Полипропиленовые: К78, ДПС, Wima MKP 
- Фторопластовые: ФТ, К-72. 
- Полистирольные: К-71 
Для разделения каскадов НЕ применяются: практически любой тип электролитических конденсаторов; полиэтилентерефталантные К-73 любого типа; танталовые; керамические; бумажные типа МБМ. И все прочие не указанные в предыдущем списке.

 
2.3   Шунтирующие конденсаторы катодных резисторов. 
 
В качестве катодных шунтирующих конденсаторов необходимо применять электролитические конденсаторы специального низкоимпедансного типа, обозначаемого как Low-ESR серии. Наиболее доступны, из качественных, конденсаторы Jamicon, SamWha, Rubycon, Teapo, Sprague (из старых запасов), Vishay. Наиболее достойные продаются под торговой маркой Elna, или винтажные ROE. Так же возможно применение бумаго-масляных конденсаторов большой ёмкости, или полипропиленовых конденсаторов типа ДПС. 
 
2.4   Бумаго-масляные конденсаторы большой ёмкости. 
 
Конденсаторы МБГО, МБГЧ, МБГП и прочие бумаго-масляные конденсаторы с ёмкостью единицы-десятки микрофарад. Но при этом некоторые из них, например МБГЧ, часто применяют в качестве разделительных. Однозначно хороши они и в фильтрах-кроссоверах акустических систем. Данные типы конденсаторов рекомендую применять после приобретения некоторого опыта работы с ламповой техникой. 
 
2.5   Полупроводниковые диоды. 
 
Диоды в блок питания подбираем следующим образом: минимальный запас по напряжению – двухкратный, запас по току – десятикратный. Тип диодов – в анодное питание и питание цепей смещения – диоды superfast, ultrafast, hyperfast, Шоттки. Для выпрямления напряжения накала (если оно необходимо конечно) применяют диоды Шоттки. Очень хороши в выпрямлении накала диоды из блоков питания персональных компьютеров. Попросите у админов на работе горелых компьютерных БП и извлекайте от туда шикарные диоды Шоттки в корпусах типа ТО-247.  

2.6   Резисторы. 
 
Резисторы. Разделим их условно на 3 группы: для цепей питания, для сигнальных цепей, смешанного типа. 
Главный критерий подбора резисторов для цепей питания – рассеиваемая мощность. Выбираем резисторы С5 (сейчас так маркируют импортные аналоги) и отечественные ПЭВ. В ламповых конструкциях 99% задач перекрывают резисторы номиналом 5 Вт. Если выделяемая мощность на резисторе не превышает полуватта, то хорошим решением будет применение металлоплёночных резисторов. Отечественный вариант МЛТ, и масса импортных аналогов. Номинал мощности – 2 Вт. Не скупитесь. Не нужно ставить резистор «под упор» его способности рассеивать тепло. 
Для сигнальных цепей, таких как резисторы утечки сеток, противовозбудные сеточные резисторы радиоламп, темброблоки, и прочее где фактически нет протекающих токов, выбираем угольные резисторы. Номинал мощности – 0,25…0,5 Вт. Тип – любой по Вашим предпочтениям и возможностям. Если вы делаете печатную плату – используйте  SMD-резисторы. 
Резисторы для смешенных цепей: анодные и катодные резисторы. Тут необходимо понимать, что важным является каждый фактор: и его качественные показатели с точки зрения отсутствия собственного звукового окраса и показатель рассеиваемой мощности. Для анодных цепей чаще всего выбирают металоплёночные резисторы импортного производства, номиналом 2 Вт. Если есть возможность, применяют отечественные проволочные резисторы типа ПТМН, МРХ. Так же используют С5 в металлических корпусах. НЕ используют – МЛТ, угольные. Эти резисторы не пригодны для анодных цепей.

Для катодных резисторов необходимо учитывать в каком каскаде они применяются. Если каскад малосигнальный и рассеиваемая резистором мощность пренебрежимо мала, то мы опять возвращаемся к высококачественным угольным резисторам, или металоплёночным с номиналом мощности до 1 Вт. Если каскад выходной, то критерии аналогичны подбору резисторов для анодных цепей. 
 
2.7   Регулятор громкости. 
 
В ходе форумных обсуждений выяснилось что многие начинающие ламповики не знают критерия выбора номинала регулятора громкости (РГ). Уточняю. В старинных даташитах указываются номиналы РГ от 100 кОм и выше. В те годы, ламповые усилители мощности использовали в качестве источников сигнала ламповые винил-корректоры, или ламповые магнитофоны. Оконечные каскады этих устройств обладают дистрофической мощностью, во многом обусловленной тем, что ради унификации и простоты ремонта в них применяли лампы типа ЕСС83 (12АХ7), 6Н2П, 6SL7 (6Н9С) – выходное сопротивление катодного повторителя на их основе – в лучшем случае 10 кОм. Так как номинал РГ определяет входное сопротивление УМЗЧ, то его номинал выбирался с коэффициентом запаса 10. А по отечественному ГОСТу тех времён РГ должен был быть 300 кОм.  
Чем это грозит в наше время? К примеру, Вам нужен предусилительный каскад с высоким коэффициентом усиления. Вы применяете лампу 6Н2П в каскаде SRPP. В таком случае вы получаете ёмкость Миллера на входе усилителя около 100 пФ. При установке РГ «по даташиту» написанному при царе горохе, верхняя рабочая частота этого каскада будет Fвч=5300 Гц! Современные источники сигнала имеют выходной импеданс не ниже 600 Ом. Даже ламповые винил-корректоры рассчитываются так, чтобы их выходное сопротивление не превышало 1 кОма. Следовательно, даже закладываясь на 10, мы получаем, что РГ современного лампового усилителя Hi-Fi уровня имеет номинал 10 кОм. В этом случае мы получим верхнюю частоту описанного выше каскада в 160 кГц.