Ламповый усилитель Williamson 1947

Двухтактный четырёхкаскадный ламповый усилитель мощности разработан в годы Второй мировой войны Тео Уильямсоном. При скромной выходной мощности и низком КПД усилитель отличался от конкурентов низким уровнем нелинейных и интермодуляционных искажений, равномерной АЧХ и эффективным демпфированием.

Конструкция была опубликованная в 1947 году и предназначенная для самостоятельного повторения радиолюбителями. Она задала стандарт высококачественного воспроизведения звука и стала образцом ламповой схемотехники конца 1940-х и 1950-х годов. Схемотехнически усилитель Уильямсона повторял известную с 1934 года схему «высококачественного усилителя» Кокинга. Высокие характеристики усилителя обеспечивались глубокой ООС, триодным включением выходных лучевых тетродов, консервативно выбранными режимами работы ламп и применением выходного трансформатора с необычно широкой для своего времени полосой пропускания.

Характеристики усилителя

Неравномерность АЧХ в диапазоне 10-20000 Гц: ±0,1 Гц

Номинальная выходная мощность: 15 Вт

Коэффициент нелинейных искажений (КНИ): 0,1 %

Демпинг-фактор: 30

Глубина ООС: 20 дБ

Анод входного каскада и сетка фазоинвертора связаны между собой гальванически. Фазоинвертор, драйвер и выходной каскад соединены ёмкостными связями. Стремясь к максимально возможной линеаризации каждого каскада, Уильямсон (как и Кокинг) принципиально не использовал конденсаторы в катодных цепях. Электролитические конденсаторы в оригинальной схеме отсутствуют: сглаживающий фильтр питания выполнен на дросселях и бумажных конденсаторах небольшой ёмкости. Рабочая точка каждого каскада оптимизирована на минимум нелинейных искажений при достаточном запасе по перегрузке. Выходной каскад смещён в чистый режим A. Для достижения больших мощностей, писал Уильямсон, необходимо использовать выходной каскад на параллельно включённых лампах.

Петля отрицательной обратной связи охватывает все четыре каскада и выходной трансформатор — что, по мнению авторов “Radio Engineering Handbook” года, являлось «суровым испытанием для конструктора», которое Уильямсон мастерски выдержал. Глубина обратной связи составляет 20 дБ. Уильямсон считал, что глубину ООС можно беспрепятственно довести до 30 дБ, но не видел в этом практического смысла. Делитель напряжения обратной связи подключён непосредственно к вторичной обмотке трансформатора, поэтому действительная глубина ООС зависит от сопротивления нагрузки. Для того, чтобы она составляла необходимые 20 дБ, сопротивление верхнего плеча делителя должно быть подстроено под сопротивление нагрузки. Делитель напряжения — чисто резистивный, без частотно-зависимых звеньев. Шунтирование делителя конденсатором, писал Уильямсон, может быть целесообразным лишь при использовании низкокачественного трансформатора. Если трансформатор отвечает спецификации усилителя, то конденсатор в цепи ООС бесполезен. Все цепи частотной коррекции усилителя сосредоточены в двух первых каскадах. RC-фильтры анодного питания этих каскадов по совместительству корректируют АЧХ в области инфранизких частот. RC-фильтр частотной коррекции в анодной цепи первого каскада, введённый Уильямсоном в 1949 году, сужает полосу пропускания усилителя сверху, препятствуя самовозбуждению на ультразвуковых частотах.