Williamsony

Od końca lat czterdziestych datuje się rozwój grupy przeciwsobnych wzmacniaczy mocy małej częstotliwości, charakteryzujących się wysoką jakością odtwarzania i odwracaczem fazy nie posiadającym transformatora. Budowane w ten sposób urządzenia stały się podstawą techniki HiFi, w skrócie nazywane były często Williamsonami.

Klasyczny wzmacniacz Williamsona

Schemat klasycznego układu Williamsona

Leak TL/12 Point One- wzmacniacz mocy z triodami w stopniu końcowym, ale z prostszym niż w układzie Williamsona stopniem sterującym.

Osobna strona - wzmacniacz Williamsona

Opublikowany przez D.T.N. Williamsona w 1947 w Wireless World artykuł opisujący wysokiej jakości wzmacniacz mocy dał bardzo znaczący przyczynek do rozwoju techniki HiFi. Jest to przykład dosyć bezkompromisowej konstrukcji, podporządkowanej uzyskaniu jak najlepszych parametrów odtwarzania dźwięku kosztem zupełnej nieekonomiczności i dużej wielkości urządzenia.

Cechy charakterystyczne układu Williamsona to:

• Przeciwsobny stopień końcowy na triodach (w oryginale na tetrodach KT66 połączonych w układzie triody) pracujący w klasie A.
• Stopień sterujący w układzie wzmacniacza różnicowego. Takie rozwiązanie zapewnia duże i o dobrej symetrii napięcie sterujące do stopnia końcowego.
• Nadmiarowo zaprojektowany, bardzo duży transformator.

Ze względu na dosyć wysoką cenę i stosunkowo niewielką moc wyjściową rozwiązanie Williamsona było bardzo rzadko stosowane we wzmacniaczach spotykanych na rynku, natomiast było (i nadal jest) dosyć popularne wśród konstrukcji amatorskich.

Zalety układu Williamsona:

• Stosunkowo małe zniekształcenia nieliniowe i intermodulacyjne stopnia wyjściowego.
• Mała oporność wewnętrzna, duża odporność na zmiany impedancji obciążenia.
• Stosunkowo łatwy do wykonania transformator (przynajmniej w porównaniu z innymi układami podobnej jakości).

Wady wzmacniacza Williamsona:

• Niska sprawność energetyczna i moc wyjściowa (na przykład tylko kilkanaście watów z pary lamp EL34).
• Potrzebne duże napięcie sterujące stopień końcowy, co komplikuje stopnie sterujące i w dużej mierze likwiduje zalety stopnia wyjściowego.

Dobry kompromis - układ ultra linear

Dynaco Mark III - monofoniczny wzmacniacz w układzie UL.

Osobna strona - wzmacniacz UL

Układ ultra linear (UL) został opatentowany w 1936 przez Alana Blumleina, a po raz pierwszy zastosowany praktycznie w 1951 roku przez D. Haflera i H.I. Keroesa. Jego charakterystyczną cechą jest lokalne sprzężenie zwrotne poprzez połączenie siatki ekranującej do odczepu uzwojenia pierwotnego transformatora wyjściowego. Zwykle odczep jest umieszczony tak, że na siatkę trafia 20-50% składowej zmiennej napięcia anodowego. W ten sposób lampa pracuje w trybie pośrednim pomiędzy triodą (100% sygnału na siatce ekranującej) i pentodą (0% sygnału na siatce ekranującej).

Ze względu na dobre parametry (zniekształcenia nieliniowe i intermodulacyjne oraz opór wewnętrzny tylko nieco gorsze od triody) i stosunkowo dużą sprawność (zbliżoną do pentody) układ był (i jest) bardzo popularny. Sama firma Dynaco sprzedała ponad pół miliona wzmacniaczy w takim układzie, mocno przyczyniając się do rozwoju techniki HiFi. Przy zachowaniu bardzo dobrych parametrów wzmacniacza z pary lamp EL34 da sie wydobyć moc wyjściową prawie 40W, czyli 2.5 raza większą niż w układzie triody. Niestety, by sprzężenie zwrotne w siatkach ekranujących działalo poprawnie potrzebny jest transformator o małych indukcyjnościach rozproszenia pomiędzy sekcjami uzwojenia pierwotnego, co nieco komplikuje jego wykonanie. Transformatory dostępne w handlu nie zawsze spełniają ten warunek.

W 1955 David Hafler zaproponował połączenie czterostopniowej struktury wzmacniacza Williamsona ze stopniem końcowym zrealizowanym nie na triodach, ale na tetrodach lub pentodach w układzie UL. Takie rozwiązanie ma wiele zalet i zdobyło sporą popularność.

Ze wzgledu na dobry stosunek jakosci do ceny układ ultra linear był bardzo popularny we wzmacniaczach spotykanych na rynku. W Polsce (i nie tylko w Polsce), nie wiedzieć czemu, często każdy wzmacinacz ultra linear nazywany jest "układem Wiliamsona" - Williamson nie był jego autorem. Być może w pewnym okresie nazywano "Williamsonem" każdy choć trochę podobny wzmacniacz HiFi, a wzmacniacze ultra linear ze względu na swoją względną prostotę były tanie, a co za tym idzie - popularne.

Układ jest bardzo wdzięczny do konstrukcji amatorskich, pod (niekiedy trudnym do spełnienia) warunkiem uzyskania (albo zrobienia) dobrego transformatora. Zalety

• Bardzo dobry kompromis pomiędzy stopniem złożoności a parametrami.
• Zniekształcenia i oporność wewnętrzna tylko nieznacznie gorsze niż układu na triodach.
• Sprawność energetyczna i wzmocnienie tylko nieco gorsza niż klasycznego układu na pentodach.
• Duża odporność na zmiany impedancji obciążenia.

Wady:

• Nieco gorszy od układu QUAD pod względem zniekształceń i oporu wewnętrznego.
• Dosyć trudny do wykonania transformator wyjściowy.
• Niemożność dobrania napięcia siatki ekranującej ogranicza swobodę projektowania.

Układ z obciążeniem dzielonym między katodę i anodę (QUAD)

Wzmacniacz mocy QUAD II.

Osobna strona - układ QUAD

Układ z dzielonym obciążeniem prawdopodobnie pojawił sie po raz pierwszy w 1945 w laboratoriach brytyjskiej firmy Acoustical Manufacturing Co, później znanej jako QUAD. Analizowany przez D.T.N Williamsona oraz P.J. Walkera również bywa nazywany "układem Williamsona"...

Jego charakterystyczną cechą jest podział obciążenia pomiędzy anodę i katodę (poprzez dwa osobne uzwojenia transformatora wyjściowego). W ten sposób układ ma własności pośrednie między wtórnikiem katodowym (małe zniekształcenia i oporność wewnętrzna) a układem z wspólną katodą (większe od jedności wzmocnienie napięciowe). Podobnie jak w poprzednim układzie, by osiągnąć dobre rezultaty potrzebny jest transformator o małych indukcyjnościach rozproszenia pomiędzy sekcjami uzwojenia pierwotnego. Zwykle stosuje się uzwojenie katodowe zawierające 10-20% całkowitej liczby zwojów uzwojenia.

Układ z obciążeniem dzielonym w katodzie był chętnie stosowany we wzmacniaczach końcowych, szczególnie najwyższej jakości. Zalety:

• Dobry kompromis pomiędzy stopniem złożoności a parametrami.
• Zniekształcenia i oporność wewnętrzna tylko nieznacznie gorsze niż układu na triodach.
• Sprawność energetyczna zbliżona do klasycznego układu na pentodach.

Wady układu z dzielonym obciążeniem:

• Chyba najtrudniejszy do wykonania transformator wyjściowy.

Zobacz też

• Wzmacniacze w układzie SEPP.