Правда о цирклотроне... вся правда, и ничего, кроме правды...

(с) klausmobile 2002

Не так давно на www.dvdworld.ru разгорелась, не без участия автора, дискуссия про бестрансформаторные усилители вообще, и цирклотрон (circlotron) в частности. Автор оказался в меньшинстве... большинство же утверждало коллективную точку зрения на то, что...

• Бестрансформаторные усилители играть не могут.
• Бестрансформаторные схемы - "транзисторные".
• Что такое цирклотрон? голос с задней парты: Это и есть бестрансформаторный усилитель?
• Нет! У них у всех "стеблевая" топология.
• Это новомодное изобретение такое. Типа Долби. Для домкино сойдет.
• Это класс АБ! чур меня!
• Это же глубокая ООС! голос с задней парты: А без ООС он не бывает! все хором: Кююю...
• У кого-то от цирклотрона колонки сгорели
• Вообще-то, только двое из оппонентов признались, что слышали цирклотрон вживую (правда, один из названных приборов цирклотроном не являлся), но оно все равно не играет.
• Только один из оппонентов сам построил бестрансформаторный усилитель (или, по крайней мере, наблюдал процесс), но остался им недоволен.

Вот такие вот утверждения, на грани третьей стадии статистики. Давайте разбираться по пунктам. Для начала разберемся, что такое цирклотрон и что такое бестрансформаторный усилитель... лица, не поступающихся принципами, могут дальше не читать.

В основе цирклотрона - двухтактный мостовой силовой каскад, в котором токи источников питания перекрестно замыкаются через нагрузку. Результирующий ток нагрузки равен разнице токов двух плеч. Вот так выглядит (именно так) выглядит бюджетный цирклотрон Electro-Voice А20 1956 года выходной мощностью 20 Ватт (выходной и предвыходной каскады). Аналогичная конструкция на отечественных приборах опубликована в Радио, N9, 1963 год.

Ну и где же здесь бестрансформаторный каскад, спросит оппонент? A кто ему сказал, что цирклотрон - обязательно бестрансформаторный? Ну точно не я, это господа оппоненты сами выдумали, все вопросы к ним... А равно и по поводу транзисторной топологии.

Нагрузка может быть непосредственно акустической системой (как в современных цирклотронах Atma-Sphere, Tenor Audio). Может быть - автотрансформаторной (используется и в заводских конструкциях, и многими пользователями "чисто бестрансформаторных" цирклотронов). Можно, наконец, замкнуть нагрузку через аноды,

а сам цирклотрон сделать однотактным, вот так:

Ну? Ничего не напоминает? Ну ладно, далее будем говорить только о классическом симметричном цирклотроне. С нагрузкой в катодах.

Мы уже упомянули дату - 1956. События развивались так (поклонников новых хронологий предупреждаю - даты настояшие!)

• 07.06.1951 - Сecil T. Hall подает заявку на патент США, патент 2705285 выдан 29.03.1955
• 01.03.1954 - Alpha M. Wiggins подает заявку на патент США, патент 2828369 выдан 25.03.1958.
• Параллельно, аналогичный патент был зарегистрирован в Финляндии на имя Tapio Koykka (выдан 10.11.1954 - абсолютное первенство)

Патенты Уиггинса и Койкки немедленно реализовались в промышленные изделия под марками Electro-Voice (CША) и Voima Radio (Финляндия). Более подробно история рассказана на www.circlotron.tripod.com, откуда эта информация и получена автором. Благо, есть еще люди на свете, передающие информацию, взятую не с потолка, а из патентных библиотек...

Действительно, новомодная технология...

Почему схема в свое время не распространилась по всему свету? В изначальном трансформаторно-пентодном варианте ее единственное преимущество перед традиционными пушпулами - низкое выходное сопротивление со стороны катода упрощает конструкцию трансформатора. Все остальные "достоинства" пентодного пушпула - налицо (обязательная ООС, Вильямсоновские каскады, не менее двух пар разделительных емкостей и т.п.). А существенный минус - двойной комплект обмоток, выпрямителей и фильтров - не позволял конкурировать в цене с традиционными конструкциями. Ведь тогда не было хаенда, и борьба шла за каждый доллар, а не число нулей в цене. Квантовый скачок к полностью бестрансформаторной схеме требовал перехода на качественно другой ценовой уровень, тем более при тогдашних комплектующих - напомню, что напряжения в бестрансформаторном усилителе ламповые, а токи - транзисторные, так что стоимость полновесного фильтра питания (10-40 тысяч мкФ * 200В на канал) и сегодня совсем не детская... В общем, не прижилось дитятко. Новая жизнь цирклотрона началась примерно в 1982 году (умер Брежнев, сбили Боинг, разместили Першинг, выпустили Novacron).

Кстати, о двойном комплекте источников питания. Он практически неизбежен в усилителях мощности, а вот в балансном предусилителе Ральфа Карстена (патент США 6242977) - полноценном цирклотроне с прямым выходом (120В пик-пик, не шутка!) на 600-омную линию - обошлось одним комплектом выпрямителей. Как? не просто, а очень просто... кто не догадался, зайдите в патентную библиотеку, не мне Вас учить. В ламповом оконечнике такое тоже возможно... пара емкостей и пара (лучше - две пары) МДП-транзисторов на хар-роших радиаторах.

Теперь разберемся со стеблями. Сложно сказать, почему в головах оппонентов засели такие ботанические познания (разработчики "стеблей" предпочитали этнографические термины из жизни коренных народов США). Как показал следственный эксперимент, стеблем названа схема Футтермана-Розенблита (практически, в нынешнее время производится только Розенблитовский вариант - первоначальная схема Футтермана оказалась ненадежной и не использовала в должной мере низкое выходное сопротивление со стороны катода). Вот он, стебель, не имеющий ничего общего с цирклотроном.

Cхема Ф-Р уверенно работает только с обратной связью (не менее 12дБ). Без ООС она неработоспособна - выходное сопротивление со стороны катода и анода разное, второй гармоники будет много даже по хаендным стандартам. Вот только предварительных каскадов надо 3, а в цирклотроне достаточно одного.

И, ко всему прочему, предоконечный каскад в схеме Ф-Р видит совершенно разные емкости нагрузки. В цирклотроне же оба плеча симметричны, и проблем с разным сдвигом фаз нет. Килогерц так до сотни.

По постоянному току - и в цирклотроне, и в "стебле" - необходимо два независимых источника смещения выходного каскада. Действительно, при прямом подключении акустики разница в токах плеч замыкается через нее. Но на практике, при максимальном токе плеча в 0.5А (восемь 6Н13С или 4 6С33С на канал) - даже при полном выходе из строя одного плеча через нагрузку потечет ровно пол-амперы. В жизни - добиться разбаланса исправных плеч больше 1/3 тока покоя при исправных лампах не смогут даже самые заслуженные оппоненты и радиогубители. А можно ли убить акустику постоянным током в 100-200 мА? В крайнем случае, если отказало одно плечо, а в другом - сетки сели на землю, тут извините - должны сработать предохранители. Оппоненты, вы знаете, что это такое?

А при автотрансформаторной связи вопрос о постоянке в нагрузке вообще неуместен. При сопротивлении полной обмотки в 1 Ом от каждого катода до земли - ровно половина Ома, а на выходном зажиме - четверть Ома... перемножаем на 0.5А, получаем 125мВ в худшем случае.

Теперь об ООС. Цирклотрон без ООС на традиционных "стабилизаторных" лампах

• Устойчив по постоянному току и напряжению. Лампы 6С33С в режиме с фиксированным смещением, вообще-то, склонны идти вразнос, но это лечится элементарной локальной ООС (через внутреннее сопротивление источника питания). Лампы 6Н13С, 6С19П, 6П45С не требуют каких-либо ухищрений.
• Имеет полосу от 0 до не менее 100 кГц по уровню -1дБ. И устойчив как Медный Всадник. Полоса определяется, в основном, связью с предыдущими каскадами (снизу) и емкостной связью между половинками блока питания (сверху). Разумеется, при трансформаторной или автотрансформаторной связи полоса сужается.
• Имеет в бестрансформаторном включении выходное сопротивление от 10 Ом (8 6Н13С на канал) до 2 Ом (Atma-Sphere MA1, 24 6Н13С на канал). А c автотрансформатором 3:1 - от 1 до 0.3 Ома. Вам и этого много? При 50В на сетках это примерно 15В на выхоже. Вам этого мало?
• Конечно, все зависит от акустики. Если ставить задачу воспроизвести 10Гц на крохотных фазоинверторах - пожалуйста, используйте ООС. А если нет, и сопротивление акустики в СЧ диапазоне не слишком лихорадит - слушайте музыку, помогает...

Первые - трансформаторные - цирклотроны Electro-Voice работали только с ООС. Экономичности ради в них использовались пентоды, причем с перекрестным питанием экранирующих сеток, из них выжимали все, что можно. Современный цирклотрон те же 20Вт снимает не с пары 6П6С, а с восьми 6Н13С. Так что вопрос нелинейных искажений, пресловутой третьей гармоники стоит не на первом Ватте, и даже не на десятом... А, кстати, что произойдет на десятом Ватте с однотактником на трехсотке? Это не ругани ради, это просто чтоб представить разницу в масштабах.

Теперь о классе А и АБ. Тут путаются и неизлечимые оппоненты, и даже вполне грамотные люди. Дальше - для грамотных! Рассмотрим реальный цирклотрон (Мамонт 1), 8 ламп 6Н13С на канал, нагрузка 8 Ом. Зададим ток покоя на триод - 75мА (всего - 1.2А, смещение при этом около -60В). При какой выходной мощности каскад перейдет из класса А в класс Б? Ограничимся синусоидой на входе для простоты примера. Моделирование в EWB 5.12 достаточно точно отражает суть процесса.

Традиционная логика говорит - при мгновенном токе нагрузки 0.6А (эффективное напряжение на нагрузке 3.4В, мощность - 1.5 Вт) одно плечо полностью закроется. 6Вт маловато будет. А теперь посмотрим, как на самом деле ведут себя токи плеч (возбуждение 9.2В эфф, выходное 3.4В эфф):

Ничего не закрывается! Ведь под катодом - не земля и не катодный конденсатор, а половина нагрузки! Закон трех вторых не забыли? Увеличиваем возбуждение, приближаемся к отсечке.

Опа! вот уже можно включать секундомер. На сетках - 20В эфф, на нагрузке - 7.3 В эфф, мощность в нагрузке - 6.6Вт. Вот это примерно и есть граница классов А-АБ. Теперь увеличим сопротивление нагрузки до 16 Ом при неизменном сеточном возбуждении. Форма тока вернется в класс А (примерно как на первом графике), на нагрузке - 10.7В эфф, или практически те же 7.0 Вт. Граница же А-АБ сместится к 13Вт на выходе (14.4 В эфф на нагрузке). Да, схема любит высокие сопротивления нагрузки, я предупреждал. А кто их не любит..

И никаких проблем с трансформатором в отсечке. Отсечка в жизни, кстати, менее резкая чем на идеальных моделях - лампа закрывается не так охотно.

Ну и наконец, как оно звучит? Оппоненты, честно скажите - какой цирклотрон, когда и в какой системе Вы слушали? Мамонт - всегда готов к Вашим услугам. Приходите, поругаем вместе...