Часть 1. Теоретическая

Предисловие.

Появление статьи «Схемотехника ламповых гитарных преампов» на сайте Игоря Шаева вызвало, можно сказать, широкий общественный резонанс. Нельзя не признать, что в статье присутствовали ошибки и неточности, впрочем, исправленные в следующей версии. В то же время, желание обеспечить материал теоретической поддержкой, привело к появлению этой статьи, написанной «по мотивам» моей вступительной работы в аспирантуру при Кафедре теории полупроводников Сибирского отделения РАН. Могу с большой долей вероятности утверждать, что были изучены почти все источники русскоязычной информации, когда-либо публиковавшиеся в печати или в Инете. Так, например, у меня в руках побывала книга «Теория триода» Бонч-Бруевича 1921 года выпуска, и многие другие раритеты, без которых написание этой статьи было бы невозможным. За предоставление такой уникальной возможности я должен благодарить своих многочисленных друзей и знакомых из ГУ МВД Краснодарского края, а также свое непосредственное начальство в лице майора Белоусова В.С. и капитана Григораш А.Ф., снисходительно относящихся к моим частым прогулам, и предоставившим в мое полное распоряжение (под свою ответственность) дорогостоящую измерительную аппаратуру и лабораторию физического моделирования, где я, собственно и проводил большую часть времени при написании этой работы.

Часть 1. Теоретическая.

Несмотря на то, что обычный типовой ламповый каскад усиления на триоде является предельно простым и содержит небольшое количество элементов, математическое его описание представляет собой довольно трудную задачу. Объясняется это довольно просто – взаимное противоречие различных параметров лампового усилительного каскада и неоднозначность их зависимости от одних и тех же факторов являются причиной довольно слабой корреляции между численными значениями этих параметров и конечным результатом – качеством звучания. Иначе говоря, получив при расчетах необходимый режим работы усилительного каскада, при котором лампа теоретически будет «звучать», на практике можно получить совершенно обратный результат. Кроме того, при простейших методах расчета резистивного усилительного каскада на ламповом триоде, как правило, не учитываются некоторые важные факторы*, влияющие на работу лампы.

*Здесь я позволил себе сделать небольшое отступление, дабы пояснить подробнее свою мысль. Реальный коэффициент усиления Ку лампового резистивного каскада на триоде составляет 0. 6 – 0.8µ, где µ = Ua/Uc и зависит от величины сопротивления в цепи анода Ra. От величины этого сопротивления также зависят: ток покоя, полоса частот, скорость нарастания выходного тока, линейность каскада, максимальное неискаженное выходное напряжение, максимальный выходной ток.

Без учета этих параметров при расчетах используется следующая формула для определения коэффициента усиления каскада Ку = µ × Rн.экв / (Rн.экв+Ri), где учитывается только сопротивление следующего каскада Rвх2, а Rн.экв = Ra||Rвх2 и Ri – внутреннее сопротивление лампы.

По формуле выходит, что при увеличении Ra наряду с увеличением линейности каскада повышается его выходное напряжение. Однако, с некоторого значения анодной нагрузки начинает уменьшаться ток покоя и крутизна лампы, что приводит к резкому падению перегрузочной способности каскада, а это значит, что входной сигнал начнет ограничиваться, что приведет к падению выходного напряжения, а следовательно, к уменьшению Ку (математическими выкладками утомлять не буду). Кроме того, при некоторых условиях, например, при пониженном анодном напряжении (столь любимом самодеятельными конструкторами гитарных преампов), эта формула вообще теряет смысл и не отражает реальной взаимосвязи параметров лампы! Более подробные материалы не эту тему (правда, на английском языке) можно найти на сайте GTLab.net.

В подавляющем большинстве справочников этот момент «благополучно» обойден, а сопротивление анодной нагрузки рекомендуется выбирать в пределах 2÷5 Ri, что в большинстве случаев гарантирует нормальную работу каскада усиления. В большинстве, но не во всех.

Таким образом, утверждение, что увеличение анодной нагрузки ведет к увеличению коэффициента усиления каскада, является правильным лишь отчасти, а приведенные выше формулы не могут быть полными без учета всего вышесказанного. Помимо этого, с увеличением анодной нагрузки увеличиваются частотные искажения на ВЧ, и уменьшается крутизна анодной характеристики. Для компенсации этого явления рекомендуется увеличивать сопротивление резистора автосмещения в цепи катода (см. данные типовых каскадов усиления), что приводит к снижению коэффициента усиления. Как видно, увеличение анодной нагрузки с целью повышения Ку каскада – весьма сомнительное действие, особенно в высококачественных усилителях низкой частоты.

Странно, что почти во всех отечественных справочниках об этом «скромно» умалчивается. Выходит, что они ориентированы на уровень знаний, явно ниже среднего? Вполне возможно, что подробное описание всех нюансов схемотехники не приводится ввиду краткости изложения материала, присущего всем справочникам. Но тогда возникает резонный вопрос: а возможно ли грамотное проектирование схем без полного освещения всего спектра вопросов, относящихся к данной тематике?