Stopień wejściowy

Pierwsze dwa stopnie wzmacniacza – wzmacniacz wejściowy i rozdzielacz fazy – należy rozpatrywać razem.

W oryginalnym schemacie Williamsona i praktycznie we wszystkich jego późniejszych naśladowcach w stopniu wejściowym pracuje lampa w układzie wspólnej katody z lokalnym sprzężeniem zwrotnym i doprowadzonym do katody sygnałem globalnego sprzężenia zwrotnego. Sygnał wyjściowy z anody podany jest bezpośrednio na wejście rozdzielacza fazy w układzie dzielonego obciążenia. Aby rozdzielacz fazy mógł prawidłowo spełniać swoją funkcję, na jego siatce musi być stosunkowo niskie napięcie (rzędu 25...35 % napięcia zasilania tego stopnia, czyli zazwyczaj 90...100 V). Powoduje to bardzo niekorzystne warunki pracy pierwszej lampy, szczególnie jeśli jest to lampa 6SN7, która znacznie lepiej pracuje przy napięciach anodowych z zakresu 150...250 V. W artykule "Williamson Tube Amplifier Modifications" podano sposób poprawy tej sytuacji poprzez zmianę punktów pracy i napięć zasilania obu lamp.

Inwerter fazy z dzielonym obciążeniem, choć zachowuje znakomitą symetrię obu przebiegów wyjściowych, posiada bardzo niski współczynnik tłumienia tętnień zasilania i znaczącą różnicę impedancji wyjściowej obu gałęzi. Druga wada jest znakomicie naprawiana w trzecim stopniu wzmacniacza (driver stopnia mocy), natomiast niski współczynnik PSRR może być poprawiony przez odpowiednią modyfikację dwóch pierwszych stopni wzmacniacza.

Rozwiązanie problemu zostało opisane przez Johna Broskie w TubeCad Journal (kwiecień 1999) i zastosowane w serii jego wzmacniaczy Aikido. Niski współczynnik PSRR rozdzielacza fazy został tu potraktowany jako zaleta i przyczynił się do bardzo dobrego tłumienia tętnień zasilania dwóch pierwszych stopni wzmacniacza. Idea polega na celowym wprowadzeniu zakłóceń do układu, aby na wyjściu otrzymać niezakłócony przebieg.

Jeżeli punkt pracy pierwszej lampy ustalimy tak, aby napięcie stałe na anodzie wyniosło połowę napięcia zasilania tego stopnia, to na wyjściu pojawią się tętnienia sieci stłumione o 6 dB (połowa amplitudy). Tętnienia przeniosą się przez kondensator C1 na siatkę drugiej lampy i pojawią się w fazie zgodnej na katodzie drugiego stopnia i w fazie przeciwnej na anodzie drugiego stopnia. Ale na anodzie tego stopnia pojawią się również w fazie zgodnej tętnienia przedostające się bezpośrednio z zasilania. Oba przebiegi po zsumowaniu dadzą na anodzie przebieg podobny co do fazy i amplitudy do sygnału na katodzie drugiego stopnia. Powstaje w ten sposób przebieg nie różnicowy, lecz wspólny, który zostanie stłumiony w następnych stopniach wzmacniacza. Układ tłumi oczywiście nie tylko tętnienia, ale wszelkie zakłócenia przedostające się z obwodu zasilania.

Na rysunku pokazana jest symulacja tłumienia tętnień sieci dwóch pierwszych stopni wzmacniacza (wszystkie przebiegi pokazane bez składowej stałej). Aby wynik końcowy dał mierzalny przebieg, amplituda tętnień zasilacza została przesadnie zawyżona (60 V) oraz zostały radykalnie zmniejszone pojemności filtrujące. Rysunek pokazuje amplitudę tętnień zasilania pierwszego stopnia równą 0,95 V. Sygnał różnicowy na wyjściu drugiego stopnia nie przekracza 37 mV, więc tłumienie tętnień sieci osiąga wartość 28 dB. Dla porównania tłumienie tętnień stopni wejściowych tradycyjnego układu Williamsona sięga zaledwie kilkunastu dB.

Opisany wyżej układ posiada jeszcze dwie kolejne zalety. Rezystory R4 i R5 pozwalają wygodnie ustalić punkt pracy drugiej lampy, co umożliwi uzyskanie maksymalnej amplitudy wyjściowej inwertera fazy (zwykle ustala się R4=R5). Rezystory te mogą mieć bardzo duże wartości (rzędu kilku megaomów).

Jeżeli wartości R2 i R6 będą jednakowe, dwa pierwsze stopnie utworzą obwód o stałym poborze prądu (prąd płynący przez rezystor R9 nie zmienia się). Warunek ten zagwarantuje maksymalną stabilność zasilania dwóch pierwszych stopni przy wysterowaniu wzmacniacza przebiegiem wejściowym.

Na ostatnim rysunku pokazany jest układ dwóch pierwszych stopni wzmacniacza Concertino. Potencjometr montażowy w obwodzie katody pierwszego stopnia pozwala zminimalizować różnicowy sygnał tętnień sieci mierzony między wyjściami drugiego stopnia (co powinno nastąpić przy potencjale anody lampy V1B równym połowie napięcia zasilania dwóch pierwszych stopni. Wzmocnienie pierwszego stopnia wynosi około 10 bez zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego i nieco ponad 2 ze sprzężeniem zwrotnym. W dwóch pierwszych stopniach zastosowana jest podwójna trioda ECC82.