Williamson — классика жанра

Усилитель Williamson Вильямсона 1947 г

Источник Морган Джонс. — Ламповые усилители

Оригинал схемы

Описание данного усилителя приведено в журнале Wireless World за 1947 г. Этот усилитель представляет , намного опередившего свое время.

Входной каскад представляет стандартную схему на триоде (одна половина лампы типа 6SN7) с общим катодом. В этот каскад вводится межкаскадная отрицательная обратная связь, глубиной 20 дБ, снимаемая с выходных клемм усилителя.

Фазоин-версный каскад выполнен по «согласованной» схеме (схеме концертино) на второй половине лампы типа 6SN7. Каскад непосредственно связан с входным каскадом и питает предоконечный дифференциальный усилитель, использующий в качестве дифференциальной пары две половины второй лампы типа 6SN7.

В двухтактном выходном каскаде использованы два лучевых тетрода типа КТ66, обеспечивающих при работе по триодной схеме в классе АВ1 выходную мощность 15 Вт и работающих в большинстве случае в классе А.

Резистивная цепь RV1 настраивает баланс по постоянному току выходных ламп с целью минимизировать искажения, вызываемые подмагничиванием сердечника трансформатора. В свою очередь, резисторная цепь RV2 устанавливает ток покоя величиной 125 мАдля всего каскада.

Линейность усилителя обеспечивается с запасом благодаря тщательному выбору рабочих точек и не менее тщательному выбору самих ламп. В силу того, что усилитель содержит четыре каскада, охваченные петлей обратной связи, усилитель также должен обладать запасом по устойчивости.

Первоначально входной каскад имел сопротивление порядка 7,5 кОм, но за счет использования обратной связи это значение возросло примерно до 47 кОм. Комбинация с входной емкостью, определяемой схемой «согласованного» фазоинвертора и равной 112 пФ, обеспечивало подавление высокочастотной составляющей возможных автоколебаний до значения примерно 280 кГц.

Рис. 1. Принципиальная схема высококачественного лампового усилителя Williamson.

Однако после введения компенсирующих элементов многозвенной RC цепочки в анодную цепь первой лампы, это значение было изменено. Эта цепь внесла ступеньку в амплитудно-частотную характеристику, спад которой начинается на частоте примерно 30 кГц, но фазочастотная характеристика в сущности остается неизменной вплоть до частоты 280 кГц.

«Согласованный» фазоинвертор управляет работой предоконечного каскада усилителя мощности через входной конденсатор емкостью 60 пФ. А так как выходной трансформатор для усилителя Williamson разрабатывался очень тщательно, то не представляется возможным предположить, чтобы потери в выходном трансформаторе могли бы заставить петлю межкаскадной обратной связи вывести предоконечный каскад из расчетного режима работы в классе А.

«Согласованный» фазоинвертор оказывается, таким образом, уравновешенно нагруженным и имеет выходное сопротивление примерно 350 Ом, что приводит к значению полосы пропускания на уровне —3 дБ/_3дБ = 7,5 Мгц, что представляет довольно большую величину.

Предоконечный каскад усилителя мощности имеет выходное сопротивление порядка 8,7 кОм, вместе с входной емкостью выходного каскада, имеющей значение 55 пФ, он определяет частоту среза АЧХ примерно 330 кГц, а выходной трансформатор спроектирован таким образом, чтобы обеспечить частоту среза 60 кГц.

Для гарантированного исключения высокочастотного самовозбуждения усилителя и достижения устойчивости на высокой частоте, полезна подстройка фазочастот-ной характеристики независимо от амплитудно-частотной характеристики с использованием многозвенной схемы.

В области низких частот целесообразнее рассматривать постоянные времени, а не точки, соответствующие уровню ослабления — ЗдБ. Входной каскад непосредственно связан с «согласованным» фазоинвертором, поэтому этим фактом можно пренебречь. «Согласованный» фазоинвертор питает предоконечный каскад усилителя мощности через RC цепь, имеющую постоянную времени порядка 22 мс, и точно также, как и предоконечный каскад, действует в отношении выходного каскада, а выходной трансформатор имеет постоянную времени 48 мс.

Исходя из этого, нет ничего удивительного в том, что устойчивость работы в области низких частот весьма проблематична, что и было отмечено в первоначальной статье, опубликованной в журнале Wireless World.

В 1952 г. Гафлер (Hafler) и Кероес (Keroes) решив, что разработанный ими выходной каскад мог бы с успехом питаться от предусилительного каскада усилителя Williamson, совершенно обдуманно преднамеренно увеличили в пять раз величину емкости конденсатора связи между «согласованным» фазоинвертором и предусилительным каскадом с 50 нФ до 0,25 мФ. Это было сделано с целью разделить низкочастотные постоянные времени т улучшить устойчивость на низких частотах.

Исходя из собственного опыта автор считает, что если входной каскад и «согласованный» фазоинвертор питаются от общего источника высоковольтного напряжения, возможно возникновение самовозбуждение на низких частотах (рокот).

Не следует забывать, что в 1947 г. расчеты цепей производились с использованием умножения в столбик или таблиц, а если требовалась высокая скорость вычислений — с использованием логарифмической линейки.

Компьютерный анализ динамических параметров был просто недоступен. Многие усилители рассчитывались с максимально возможной на тот момент точностью, а затем подвергались тестированию и доводке с целью получения наилучших частотных характеристик. А широкополосные осциллографы (с шириной полосы пропускания более 1 МГц) представляли только что разработанные блестящие предметы научной роскоши.

Источник: Морган Джонс. — Ламповые усилители.