9zip.ru Ламповый звук hi-end и ретро электроника Зачем в ламповом усилителе нужны конденсаторы в катодах ламп?

Если вы когда-нибудь заглядывали внутрь лампового усилителя или изучали его схему, то наверняка замечали одну повторяющуюся деталь: рядом с резистором в катоде лампы часто стоит электролитический конденсатор. Они соединены параллельно. Для новичка это может показаться странным: зачем усложнять схему? Оказывается, эта небольшая деталь играет огромную роль в формировании того самого "лампового" звука. Давайте разберемся, для чего это нужно, в чем разница в применении на предварительном и выходном каскадах и, что самое главное, как его правильно рассчитать.

Чтобы понять, зачем нужен конденсатор, сначала нужно понять, зачем нужен сам резистор. Лампа - это не просто ключ, который включается и выключается. Ею нужно управлять. Основной способ - подать на управляющую сетку (относительно катода) отрицательное напряжение смещения. Есть два основных способа получить это напряжение. Фиксированное смещение: подать отдельное, стабильное отрицательное напряжение от отдельного источника питания. Автоматическое смещение: использовать тот факт, что через лампу течет ток. Этот ток проходит не только через анодную нагрузку, но и через катод. Если мы поставим резистор между катодом и землёй, то протекающий через него ток создаст на нем падение напряжения. Катод относительно земли станет положительным. А так как сетка у нас через резистор соединена с землей (по постоянному току), то получается, что сетка оказывается относительно катода отрицательной.

Этот катодный резистор не только задает режим работы лампы, но и вводит местную отрицательную обратную связь (ООС) по току. Если лампа по какой-то причине начнет потреблять больше тока, падение напряжение на этом резисторе возрастет, отрицательное смещение увеличится и ток снова уменьшится. Это стабилизирует режим работы.

Но у этой стабилизации есть и обратная сторона: она уменьшает усиление по переменному сигналу. Полезный звуковой сигнал - это ведь тоже переменное напряжение. Он, проходя через лампу, будет пытаться изменить ток через катодный резистор, что приведет к изменению смещения в противофазе, тем самым ослабляя сам сигнал. Фактически, резистор вносит обратную связь и на постоянном токе (что хорошо), и на переменном (что плохо).

Вот здесь на сцену и выходит наш герой - катодный конденсатор. Его задача проста: зашунтировать резистор для переменного сигнала. Конденсатор обладает реактивным сопротивлением, которое зависит от частоты: для постоянного тока он представляет собой разрыв (бесконечное сопротивление), а для переменного тока - чем выше частота, тем меньше сопротивление. Правильно подобрав емкость конденсатора, мы можем сделать так, что в рабочем диапазоне частот (например, от 20 Гц до 20 кГц) его сопротивление будет намного меньше сопротивления катодного резистора.

Для постоянного тока и медленных изменений (нагрев, дрейф) конденсатор невидим. Ток проходит через резистор, и стабилизирующая обратная связь работает, удерживая лампу в правильной рабочей точке. Для переменного звукового сигнала конденсатор становится практически коротким замыканием, "обводя" резистор. Звуковой ток течет через него, не создавая значительного переменного напряжения на катоде. Это означает, что отрицательная обратная связь по переменному току исчезает. Лампа может использовать весь свой потенциал усиления.

Теперь давайте посмотрим, как эта теория применяется на практике в разных частях усилителя. В маломощных каскадах предусилителя, где лампа работает в режиме усиления по напряжению (например, популярный двойной триод 6Н2П), основная задача - получить максимальное усиление с минимальными искажениями. Без конденсатора усиление каскада будет заметно ниже (иногда в 2-3 раза). Звук может стать более прозрачным, строгим и детальным, но также и более холодным и бедным обертонами. С конденсатором мы получаем полное усиление лампы. Звук становится плотнее, насыщеннее, появляется та самая "теплая" ламповая окраска и больше гармоник. По сути, это один из ключевых инструментов для формирования тембра. Здесь разработчик стоит перед выбором: хочет ли он максимального усиления и "сочного" звука (ставит конденсатор) или большей линейности и стабильности (убирает его или ставит конденсатор меньшей емкости для создания НЧ-коррекции).

В мощном выходном каскаде (например, на лампах 6П14П, 6П3С) ситуация несколько иная. Здесь лампа работает не только с напряжением, но и с большим током, управляя динамиком. Без конденсатора выходной каскад вводит глубокую обратную связь. Это сильно снижает коэффициент нелинейных искажений и выходное сопротивление усилителя, что улучшает демпфирование (контроль над диффузором динамика). Звук может быть очень точным, быстрым и собранным, но некоторым слушателям он может показаться слишком "сухим", "транзисторным" и лишенным тела. С конденсатором обратная связь по переменному току снимается. Это приводит к увеличению выходной мощности (так как нет потерь на катодном резисторе для сигнала), росту четных гармонических искажений (именно эти искажения человеческое ухо воспринимает как "теплые", "музыкальные" и приятные - звук становится объемнее, жирнее, появляется та самая "харизма"), увеличению выходного сопротивления, что ухудшает демпфирование - некоторые меломаны считают, что это придает звуку "расслабленность" и натуральность, особенно на винтажных колонках.

Как рассчитать этот конденсатор? Вот самый главный вопрос. Ответ на него кроется в формуле, определяющей частоту среза - частоту, начиная с которой конденсатор эффективно шунтирует резистор:

Ck = 1 / (2 * pi * fср * Rk)

Где:
`Ck` - емкость в Фарадах.
`pi` (~3.14) - число "Пи".
`fср` - желаемая частота среза в Герцах.
`Rk` - сопротивление катодного резистора в Омах.

Онлайн-калькулятор:

Сопротивление катодного резистора (Rk):	Ом
Желаемая частота среза (fср):	Гц
Рассчитать ёмкость

Подход к выбору частоты среза `fср` для предварительного и выходного каскада - разный! Для предварительного каскада yаша цель - плоская АЧХ во всем слышимом диапазоне. Поэтому `fср` выбирают низкой, обычно 1-10 Гц. Это гарантирует, что усиление не падает уже на 20 Гц. Пример: для `Rk = 1.5 кОм` и `fср = 5 Гц` получаем `Ck = 22 мкФ`. Для выходного каскада важны стабильность и контроль над басом. Чтобы исключить влияние на самые низкие частоты и инфразвук, `fср` выбирают еще ниже - 0.5 - 5 Гц. Из-за маленького `Rk` (сотни Ом) это требует конденсаторов большой емкости. Пример: для `Rk = 250 Ом` и `fср = 2 Гц` получаем `Ck = 330 мкФ`.

Несколько важных нюансов. Электролитические конденсаторы включаются плюсом к катоду лампы, а минусом на землю. Выбирайте конденсатор с рабочим напряжением с запасом (например, 25-50V для предусилителя, 100V для выходного каскада). Не нужно гнаться за идеальной точностью. Если получилось 127 мкФ, смело ставьте 100 или 150 мкФ. Разница в звуке будет практически незаметна.

Понравилась статья? Мышь говорит: поделись с друзьями!