Войти
Лампа ECC83 внутри предусилителя A лампового усилителя или ламповый усилитель - это тип электронного усилителя, в котором используются электронные лампы для увеличения амплитуды или мощности сигнала . Ламповые усилители малой и средней мощности для частот ниже микроволн были в значительной степени заменены на твердотельные усилители в 1960-х и 1970-х годах. Клапанные усилители могут использоваться для таких приложений, как гитарные усилители, спутниковые транспондеры, такие как DirecTV и GPS, высококачественные стереоусилители, военные приложения (такие как радар ) и очень мощные радио и UHF телевизионные передатчики.
До изобретения транзистора в 1947 году большинство практичных высокочастотных электронных усилителей производились с использованием термоэмиссионной технологии. альвес. Самый простой клапан (названный диод, потому что он имел два электрода ) был изобретен Джоном Амброузом Флемингом во время работы в Marconi Company в Лондоне. в 1904 г. Диод проводил электричество только в одном направлении и использовался в качестве радиодетектора, а выпрямитель.
. В 1906 г. Ли Де Форест добавил третий электрод и изобрел первое электронное усилительное устройство, триод, которое он назвал Audion. Эта дополнительная управляющая сетка модулирует ток, протекающий между катодом и анодом. Взаимосвязь между током и напряжением на пластине и в сети часто представляется в виде серии «характеристических кривых» на диаграмме. В зависимости от других компонентов в схеме этот модулированный поток тока может использоваться для обеспечения усиления тока или напряжения.
. Первое применение лампового усиления было в регенерации сигналов телефонной связи на большие расстояния. Позже ламповое усиление было применено на рынке «беспроводной связи », который начался в начале тридцатых годов. Со временем на лампах были построены усилители для музыки, а позже телевидения.
Принципиальная схема несимметричного триода В этот период преобладающей топологией схемы был каскад усиления несимметричный триод, работающий в классе A, который давал очень хороший звук (и разумные измеренные характеристики искажения ), несмотря на чрезвычайно простую схему с очень небольшим количеством компонентов: это важно в то время, когда компоненты изготавливались вручную и были чрезвычайно дорогими. До Второй мировой войны почти все ламповые усилители имели низкий коэффициент усиления и линейность, полностью зависящую от присущей самой лампе линейности, обычно 5% искажений на полной мощности.
Отрицательная обратная связь (NFB) была изобретена Гарольдом Стивеном Блэком в 1927 году, но поначалу мало использовалась, поскольку в то время усиление имело большое значение. Этот метод позволяет усилителям обменивать усиление на снижение уровней искажений (а также дает другие преимущества, такие как снижение выходного импеданса). Внедрение в 1947 году усилителя Williamson, который был чрезвычайно продвинутым во многих отношениях, включая очень успешное использование NFB, стал поворотным моментом в конструкции усилителя мощности звука, использовав двухтактную выходную схему класса AB1 для дают производительность, превосходящую своих современников.
Вторая мировая война стимулировала значительный технический прогресс и экономию промышленного производства. Рост благосостояния после войны привел к существенному расширению потребительского рынка. Это позволило производителям электроники создавать и продавать более совершенные конструкции клапанов (трубок) по доступным ценам, в результате чего в 1960-х годах наблюдался рост распространения электронных граммофонов и, в конечном итоге, начало высокой точности. Hifi смог управлять громкоговорителями с полным частотным диапазоном (впервые, часто с несколькими драйверами для разных частотных диапазонов) до значительного уровня громкости. Это, в сочетании с распространением телевидения, привело к «золотому веку» в развитии ламповых (ламповых) устройств, а также в разработке схем ламповых усилителей.
Диапазон топологий с небольшими вариациями (в частности, различные схемы делителя фазы и трансформаторное соединение «Ultra-Linear » для тетродов) быстро получили широкое распространение. Это семейство конструкций и по сей день остается доминирующей топологией усилителей высокой мощности для музыкальных приложений. В этот период также наблюдался продолжающийся рост гражданского радио с использованием клапанов как для передатчиков, так и для приемников.
С 1970-х годов кремниевый транзистор становится все более распространенным. Производство клапанов резко сократилось, за исключением электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) и сокращения ассортимента клапанов для применения в усилителях. Популярными маломощными лампами были (ECCnn, серия 12Ax7) плюс пентод EF86, а силовые клапаны в основном были лучевыми тетродами и пентодами (EL84, EL34, KT88 / 6550, 6L6), в обоих случаях с непрямым нагревом. Этот сокращенный набор типов остается основой производства клапанов сегодня.
Советы сохранили клапаны в гораздо большей степени, чем Запад во время холодной войны, для большей части их коммуникаций и военного усиления. требования, отчасти из-за способности клапанов выдерживать мгновенные перегрузки (в частности, из-за ядерной детонации ), которые могут разрушить транзистор.
Резкое уменьшение размеров, снижение энергопотребления уровни искажений и, прежде всего, стоимость электронных продуктов на основе транзисторов сделали клапаны устаревшими для основных продуктов с 1970-х годов. Клапаны остались в некоторых приложениях, таких как мощные радиопередатчики и микроволновая печь, а также оборудование для усиления звука, особенно для электрогитары, студий звукозаписи и домашних стереосистем высокого класса.
Несимметричное шасси гитарного усилителя класса «А» с установленным дополнительным вентильным выпрямителем GZ34. В аудиоприложениях клапаны по-прежнему очень востребованы большинством профессиональных пользователей, особенно в оборудование студий звукозаписи и гитарные усилители. Есть подгруппа энтузиастов аудио, которые выступают за использование ламповых усилителей для домашнего прослушивания. Они утверждают, что ламповые усилители производят «более теплый» или более «естественный» ламповый звук. Компании в Азии и Восточной Европе продолжают производить клапаны для удовлетворения потребностей этого рынка.
Многие профессиональные гитаристы используют «ламповые усилители» из-за их известного «тона». «Тон» в этом использовании относится к тембру или цвету высоты тона и может быть очень субъективным качеством для количественной оценки. Большинство звукооператоров и ученых предполагают, что «равномерное гармоническое искажение», создаваемое ламповыми лампами, звучит более приятно для уха, чем транзисторы, независимо от стиля. Именно тональные характеристики ламповых ламп сделали их промышленным стандартом для гитар и предусилителя студийных микрофонов.
Ламповые усилители реагируют иначе, чем транзисторные усилители, когда уровни сигнала приближаются и достигают точки ограничения. В ламповом усилителе переход от линейного усиления к ограничению менее резкий, чем в твердотельном устройстве, что приводит к меньшему искажению в виде решетки в начале отсечения. По этой причине некоторые гитаристы предпочитают звук полностью лампового усилителя; Однако эстетические свойства ламповых усилителей по сравнению с твердотельными усилителями являются предметом споров в сообществе гитаристов.
Силовые клапаны обычно работают при более высоких напряжениях и меньших токах, чем транзисторы, хотя и являются твердыми государственные рабочие напряжения неуклонно увеличиваются с использованием современных устройств. Используемые сегодня мощные радиопередатчики работают в киловольтном диапазоне, где до сих пор нет другой сопоставимой технологии. ([мощность = напряжение * сила тока], поэтому для высокой мощности требуется высокое напряжение, высокая сила тока или и то, и другое)
Многие силовые клапаны имеют хорошую линейность, но умеренное усиление или крутизну. Усилители сигнала, использующие лампы, способны работать в очень высоких диапазонах частот - до радиочастоты, и во многих аудиоусилителях с несимметричным триодом прямого нагрева (DH-SET) используются радиопередающие лампы, предназначенные для работы в мегагерцах. спектр. Однако на практике конструкции ламповых усилителей обычно «соединяют» каскады либо емкостным образом, ограничивая полосу пропускания на нижнем конце, либо индуктивно с трансформаторами, ограничивая полосу пропускания на обоих концах.
Все схемы усилителя классифицируются по «классу работы» как A, B, AB и C и т. Д. См. классы усилителей мощности. Существуют некоторые существенно отличающиеся топологии схем по сравнению с конструкциями транзисторов.
Высокое выходное сопротивление цепей с трубными пластинами плохо согласуется с нагрузками с низким импедансом, такими как громкоговорители или антенны. Согласующая сеть требуется для эффективной передачи энергии; это может быть трансформатор на звуковых частотах или различные настроенные сети на радиочастотах.
В конфигурации катодного повторителя или общей пластины выходной сигнал снимается с катодного сопротивления. Из-за отрицательной обратной связи (напряжение катод-земля компенсирует напряжение сеть-земля) коэффициент усиления по напряжению близок к единице, а выходное напряжение следует за напряжением сети. Хотя катодный резистор может быть много кОм (в зависимости от требований смещения), выходное сопротивление слабого сигнала очень низкое (см. операционный усилитель ).
Клапаны по-прежнему широко используются в гитаре и усилителях аудио высокого класса из-за воспринимаемого качество звука, которое они производят. Они в значительной степени устарели в других местах из-за более высокого энергопотребления, искажений, стоимости, надежности и веса по сравнению с транзисторами.
Телефония была оригинальной и в течение многих лет была ведущим приложением для усиления звука. Особой проблемой для телекоммуникационной отрасли был метод мультиплексирования множества (до тысячи) голосовых линий на одном кабеле на разных частотах.
Преимущество этого состоит в том, что усилитель-повторитель с одним клапаном может усилить множество вызовов одновременно, что является очень рентабельным. Проблема в том, что усилители должны быть предельно линейными, иначе «интермодуляционные искажения» (IMD) приведут к «перекрестным помехам» между мультиплексированными каналами. Это стимулировало развитие акцента на низкий уровень искажений, намного превышающий номинальные потребности одного голосового канала.
Сегодня основная сфера применения ламп - это усилители звука для высококачественного Hi-Fi и музыкального исполнения с электрогитарами, электрическими басами и органы Хаммонда, хотя эти приложения предъявляют разные требования к искажениям, что приводит к различным компромиссам при проектировании, хотя одни и те же базовые методы проектирования являются общими и широко применимы ко всем приложениям широкополосного усиления, а не только к аудио.
После Второй мировой войны большинство ламповых усилителей мощности имеют ультралинейную топологию класса AB-1 с двухтактным соединением или более дешевые однополюсные лампы, например силовые лампы 6BQ5 / EL84, но нишевые продукты, использующие DH- Топологии SET и даже OTL все еще существуют в небольшом количестве.
Конструкция предварительного усилителя с использованием всех силовых ламп вместо небольших сигнальных ламп. 
Предусилитель 300B / полупроводниковый выход, 70Вт среднеквадратичного значения / канал, гибридный усилитель Базовая подвижная катушка вольтметр и амперметр сам принимает небольшой ток и, таким образом, нагружает цепь, к которой он подключен. Это может значительно изменить рабочие условия в измеряемой цепи. Вольтметр с вакуумной трубкой (VTVM) использует высокое входное сопротивление клапана для буферизации измеряемой цепи от нагрузки амперметра.
Осциллографы Valve имеют очень высокий входной импеданс, поэтому их можно использовать для измерения напряжения даже в цепях с очень высоким импедансом. Обычно может быть 3 или 4 ступени усиления на канал отображения. В более поздних осциллографах усилитель, использующий серию трубок, подключенных на равных расстояниях вдоль линий передачи, известный как распределенный усилитель, использовался для усиления очень высокочастотных вертикальных сигналов перед их применением в трубка дисплея. Осциллографы с клапанами устарели.
В последние годы эры вентилей вентили использовались даже для изготовления «операционных усилителей » - строительных блоков большей части современной линейной электроники. Операционный усилитель обычно имеет дифференциальный входной каскад и выход на тотемный полюс, причем схема обычно имеет не менее пяти активных устройств. Было произведено несколько «пакетов», которые объединяли такие схемы (обычно с использованием двух или более стеклянных колпачков) в один модуль, который можно было подключить к более крупной схеме (такой как аналоговый компьютер). Такие ламповые операционные усилители были очень далеки от идеала и быстро устарели, будучи заменены твердотельными.
Исторически до Второй мировой войны «передающие лампы» были одними из самых мощных доступных ламп. Обычно это были катоды с торированной нитью накаливания, которые светились, как лампочки. Некоторые лампы можно было приводить в движение настолько сильно, что сам анод светился вишнево-красным; аноды были изготовлены из твердого материала (а не из тонкого листа), чтобы выдерживать нагрев без деформации. Известными лампами этого типа являются 845 и 211. Более поздние тетроды и пентоды, такие как 817 и (с прямым нагревом) 813, также в большом количестве использовались в (особенно военных) радиопередатчиках
РЧ-схемы значительно отличаются от широкополосных схемы усилителя. Каскад антенны или следящей цепи обычно содержит один или несколько регулируемых емкостных или индуктивных компонентов, позволяющих точно согласовать резонанс каскада с используемой несущей частотой, чтобы оптимизировать передачу мощности от клапана и нагрузку на него, так называемая «настроенная цепь». ".
Широкополосные схемы требуют ровного отклика в широком диапазоне частот. Радиочастотные цепи, напротив, обычно должны работать на высоких частотах, но часто в очень узком частотном диапазоне. Например, может потребоваться ВЧ-устройство для работы в диапазоне от 144 до 146 МГц (всего 1,4%)
Сегодня радиопередатчики в основном основаны на кремнии, даже на микроволновых частотах. Тем не менее, все меньше и меньше мощных усилителей радиочастоты по-прежнему имеют клапанную конструкцию.
