A Williamson erősítő egy nyomógombos, négyfokozatú csöves hangfrekvenciás teljesítményerősítő ( UMZCH ), amelyet a második világháború alatt fejlesztett ki Theo Williamson . Szerény, 15 W -os kimenő teljesítménnyel és alacsony, még a csöves berendezésekhez mérten alacsony hatásfokkal a Williamson erősítő a versenytárs UMZCH-tól alacsony nemlineáris és intermodulációs torzítással, valamint egyenletes amplitúdó-frekvencia-válaszával különbözött a konkurens UMZCH-tól. teljes hangfrekvencia tartomány és az akusztikus rendszerek hatékony csillapítása (magas csillapítási tényező ( Damping factor )). Az 1947-ben publikált, és az amatőr rádiósok általi megismétlésre szánt konstrukció felállította a nagy hűségű hangvisszaadás mércéjét , és az 1940-es és az 1950-es évek végén a csőáramkör tervrajzává vált [1] [2] .
Sematikusan a Williamson-erősítő megismételte Cocking 1934 óta ismert "kiváló minőségű erősítő" áramkörét , kiegészítve egy közös negatív visszacsatolású (CNF) áramkörrel és egy hibaerősítő bemeneti fokozattal . Az erősítő magas karakterisztikáját a mély OOS , a kimenő nyaláb tetódák triódakapcsolása , a konzervatívan megválasztott lámpa üzemmódok és a korához képest szokatlanul széles sávszélességű kimeneti transzformátor alkalmazása biztosította .
A Williamson erősítő előnyeinek másik oldala a felhasznált komponensek igényes minősége és az infrahang- és ultrahang - frekvenciákon való öngerjesztésre való hajlam volt . Az erősítő stabilitási rátája túl kicsi volt, és négylépcsős séma keretein belül szinte lehetetlen volt növelni. Az 1950-es évek tervezői a Williamson erősítő számos továbbfejlesztett változatát létrehozták , de alapvető hibáit nem tudták kijavítani. Az 1950-es évek közepére a soros UMZCH gyártók felhagytak a Williamson áramkörrel, és nagyobb teljesítményű ultralineáris kimeneti fokozatokat és stabilabb háromfokozatú áramköröket választottak .
1925-ben Edward Kellogg közzétette az első gyakorlati módszert az UMZCH triódák kimeneti fokozatainak kiszámítására és annak elméleti indoklását [4] . Kellogg szerint a megengedett nemlineáris torzítás mértéke az UMZCH-ban elérheti az 5%-ot - feltéve, hogy a torzítás szintje egyenletesen növekszik, és spektrumájuk főként az erősített jel alsó harmonikusait tartalmazza [4] . A Kellogg által javasolt határ a két világháború közötti időszak tervezőinek de facto szabványává vált [4] . A legerősebb UMZCH fő vásárlója és fogyasztója akkoriban a hangmozi volt [ 4] ; Az elosztók teljes mértékben meg voltak elégedve a primitív, direkt fűtésű triódákon alapuló, transzformátoros fokozatközi csatlakozású, B gazdaságos üzemmódban működő push-pull erősítőkkel [4] . A Western Electric csúcskategóriás 300A-es és 300B -s triódahanggépei ritkák voltak , és az 5%-os szabványon belül is maradtak [4] .
Az 1930-as évek elején az RCA és a Western Electric tervezőinek többször sikerült javítaniuk a hangvisszaadási utak jellemzőit, és laboratóriumi körülmények között elérték a magas hanghűséget , de ezek a fejlesztések nem kerültek sorozatba [5] . A nagy gazdasági világválság , a második világháború és a televíziózás háború utáni fellendülése sokáig késleltette az új technológiák bevezetését [5] . Az 1930-as évek közepén a szakemberek körében az a vélemény alakult ki, hogy az erősítők és az akusztikai rendszerek fejlesztése nem célszerű mindaddig , amíg az optikai hangfelvételeket és sellaklemezeket új, jó minőségű hanghordozók váltották fel [6] .
A soros berendezések fejlesztése leállt, és a minőségével elégedetlen rádióamatőrök önállóan próbálták elérni a nagy hűséget. Az amerikaiak a legújabb sugártetródák kimeneti fokozataival kísérleteztek . Az ausztrálok előnyben részesítették a hagyományos push-pull trióda áramköröket, bonyolult és drága szakaszközi transzformátorokkal [7] . A Walter Cocking vezette brit tervezőiskola az A módú , kapacitív interstage csatolással rendelkező push-pull trióda erősítők felé fordult [4] [8] . A szakaszközi transzformátorokat nemkívánatosnak tartották, mivel szűkítették a sávszélességet és rontották az erősítő tranziens válaszát a magasabb frekvenciatartományban [4] . A tetródokat és a pentódokat elutasították, mert több nemlineáris torzítást vittek be a jelbe, és nagyobb belső ellenállásuk volt, mint a triódáknak, ami súlyosbította a hangszórók fő rezonanciáját [4] [9] . Az UMZCH tervezőjének Cocking érvelése szerint egyszerre kell minimalizálnia a jel frekvenciáját , fázis- és amplitúdóját [4] [10] .
1934-ben Cocking kiadta "kiváló minőségű erősítőjének" ( angolul: Wireless World Quality Amplifier ) első vázlatát. Közös visszacsatolás nélkül Cockingnak sikerült az UMZCH nemlineáris torzítási együtthatóját 2 ... 3% -ra állítani; A kimeneti és előkimeneti fokozatot (de nem a kimeneti transzformátort) lefedő NFB áramkörök csak 1943-ban, a „háborús erősítőben” jelentek meg munkáiban [comm. 1] az amerikai 6V6-os tetródákon [12] [comm. 2] . A korában rendkívül sikeres Cocking UMZCH a csöves korszak összes brit hangáramkörének ősévé vált, beleértve a Williamson erősítőt is [4] .
1939-ben a tizenhat éves Theo Williamson összeállította első push-pull erősítőjét [13] . Ugyanebben az évben Williamson belépett az Edinburgh-i Egyetemre , és 1943 tavaszán, a háború tetőpontján a húszéves Theo megbukott a matematikavizsgán, és rossz előmenetel miatt kizárták a harmadik évről [14]. . A radarállomásokat fejlesztő titkos Institute for Long Range Communications elhelyezkedési kísérlete kudarcba fulladt: az intézet személyzeti vezérigazgató-helyettese , C.P. Snow kutatási munkára alkalmatlannak tartotta a jelöltet [ 14] . Fizikailag gyenge, gyermekkorától tuberkulózisban szenvedő Williamsont nem kellett besorozni az aktív hadseregbe [15] , és a katonai hatóságok rádiócsövek tesztelőjeként találtak neki állást a Marconi-Osram Valve- nál [16] [ 14] . A Williamson lámpák fejlesztése és gyártása nem volt vonzó; 1944 áprilisában a Marconi körlaboratóriumba költözött [ [14] . A laboratórium vezetőjének ismeretében Williamson szabadidejében saját, amatőr projekteken dolgozott erősítők és hangszedők fejlesztésében ; itt alkotta meg 1944 folyamán az erősítőt, amely a nevét kapta [14] .
Cocking [1] ötleteit követve Williamson felépítette saját, sokkal szigorúbb követelményrendszerét az UMZCH számára:
A kimeneti fokozatok ismert konfigurációinak elemzése után Williamson Cocking [8] nyomán arra a következtetésre jutott, hogy az A módban [20] [1] működő triódákon csak egy push-pull végfok elégíti ki ezt a követelményt . Ebben az esetben a Cocking-sémától eltérően az erősítőt 20 ... 30 dB mélységű teljes OOS-nek kell fednie [20] [1] . Jellemző minden mély visszacsatolású áramkörre [21] a kimeneti jel kemény korlátozása , amikor a bemeneti jel eléri a "plafont" [comm. 3] Williamson nem jött zavarba. Ellenkezőleg – írta – erre kell törekedni, hogy linearizáljuk az átviteli karakterisztikát közepes és nagy teljesítményeken [19] . Williamson [19] nemkívánatosnak tartotta a " csőhang "-ra [21] jellemző lágy vágást .
Az elmélet szerint a Williamson által megadott karakterisztikával rendelkező erősítő akkor lenne garantáltan stabil, ha a transzformátorának sávszélessége legalább 2,5...160 000 Hz [22] . Felismerve egy ilyen szélessávú transzformátor létrehozásának nehézségét, Williamson kénytelen volt csökkenteni a stabilitási rátát; számításai szerint az erősítő akkor is stabil marad, ha a transzformátor sávszélessége "csak" 3,3 ... 60 000 Hz, 90°-nál nem nagyobb fáziseltolódás mellett [3] [1] . Alacsony (2 ... 2,5 kΩ) belső ellenállású kimeneti lámpák használatakor az induktivitás [komm. 4] egy ilyen transzformátor primer tekercsének legalább 100 H -nak kell lennie , és a szivárgási induktivitásnak - egyenként legfeljebb 33 mH -nak kell lennie [3] . Az akkori kimeneti transzformátorok túlnyomó többsége nem felelt meg ezeknek a követelményeknek; A Williamson transzformátorok sokkal masszívabbnak, bonyolultabbnak és drágábbnak bizonyultak, mint a hagyományosak [24] – ugyanakkor alig biztosítottak elegendő biztonsági sávot [25] . Williamson szerint nagyobb biztonsági rés csak a primer tekercs induktivitásának megszorzásával érhető el, ami az 1940-es években gyakorlatilag elérhetetlen volt [25] .
Egy csekély háborús lámpakészletből a PX25 közvetlen izzószálú trióda megfelelt a Williamson követelményeinek [comm. 5] és egy KT66 indirekt fűtésű sugártetróda egy trióda zárványban [27] . Williamson erősítőjének első mintája a jól ismert, 1932 óta gyártott [26] PX25 [28] -on . E generáció lámpái már elavultnak számítottak; még az 1930-as évek végén felváltották őket gazdaságosabb, de kevésbé harmonikus gerenda tetródák [28] . Az erősítő második mintájánál Williamson KT66-os nyaláb tetódákat használt; kisebb átalakítások után a trióda üzemmódba beépített KT66-ból is sikerült ugyanolyan nagy teljesítményt elérni [28] . Az erősítő nemlineáris torzítása egy KT66 páron nem haladta meg a 0,1%-ot, a kimeneti teljesítmény elérte a 20 W-ot [28] [comm. 6] .
1944 végén Williamson kísérletei felkeltették a Marconi és a Decca lemeztársaság technikai vezetőit . Előbbi laboratóriumi felszereléssel látta el Williamsont, utóbbi a legújabb szélessávú Decca ffrr rendszerrel rögzített rekordok egyedi prototípusait [30] . A tesztfelvételek, amelyek minőségükben felülmúlták az akkoriban elérhető összes hanghordozót, segítettek Williamsonnak az erősítő finomhangolásában, és végül meggyőzték a választott megközelítés helyességéről [28] . De sem Marconi, sem üzleti partnere, a GEC [comm. 7] nem akarták tömegesen gyártani a Williamson erősítőt; minden a hivatalos használatra szánt jelentésekre korlátozódott [30] [14] [31] . A korát megelõzõ formatervezés még a cég jogászait sem érdekelte: semmi sem volt benne, ami szabadalmazható lenne [28] . Williamson csak a régóta ismert műszaki megoldásokat hozta össze [1] .
A Williamson erősítő egy négyfokozatú trióda push-pull cső , amely egy kiváló minőségű, szélessávú kimeneti transzformátor köré épül [34] . A második ( fázisosztó a V1B triódán), a harmadik (kimenet előtti meghajtó , V2A és V2B) és a negyedik (kimenet, V3 és V4) fokozat megismétli a Cocking erősítő áramkörét. Egy további V1A trióda bemeneti fokozat (hibaerősítő ) kompenzálja a közös visszacsatolás okozta erősítési veszteséget [35] .
A bemeneti fokozat anódja és a fázisinverter rácsja galvanikusan kapcsolódik egymáshoz - ez az 1940 óta ismert megoldás 1947-ben még ritka volt [36] . Az amerikai tervezők az 1950-es évek elején újdonságnak tekintették [36] [37] . A fázisváltó, a meghajtó és a kimeneti fokozat kapacitív csatolásokkal van összekötve . Az egyes fokozatok lehető legnagyobb linearizálására törekedve Williamson (mint Cocking) alapvetően nem használt kondenzátorokat a katódáramkörökben [38] . Az eredeti áramkörben nincsenek elektrolitkondenzátorok : a tápegység simítószűrője kis kapacitású fojtótekercsekre és papírkondenzátorokra készül [ 38 ] .
Az egyes fokozatok működési pontja minimális nemlineáris torzításra van optimalizálva elegendő túlterhelési tartalék mellett [35] . A kimeneti fokozat az A tiszta módra előfeszítve ; a gyakorlatban általában árnyékolt lámpákra építették triódakötésben. KT66 vagy 807 lámpák használatakor az erősítő kimeneti teljesítménye normál tápegységgel 15 watt volt. Nagyobb teljesítmény eléréséhez – írta Williamson – olyan végfokozatot kell használni, amelyben a lámpák párhuzamosan vannak csatlakoztatva; egy 1947-es cikkében megemlítette egy kísérleti hetven wattos modell felépítését, de erről a tervről nem közölt részleteket [39] .
A negatív visszacsatolási hurok mind a négy fokozaton és a kimeneti transzformátoron átível – ami az 1959-es American Radio Engineering Handbook szerzői szerint „ a tervezés súlyos próbája volt ”, amit Williamson mesterien kiállt [40] . A visszacsatolás mélysége 20 dB; Williamson úgy vélte, hogy az FOS mélysége könnyen 30 dB-re hozható [41] , de ennek semmi gyakorlati értelmét nem látta [42] .
A visszacsatoló feszültségosztó közvetlenül a transzformátor szekunder tekercsére csatlakozik, így a visszacsatolás tényleges mélysége a terhelési ellenállástól függ. Ahhoz, hogy ez a szükséges 20 dB legyen, az osztó felső karjának ellenállását a terhelési ellenálláshoz kell igazítani [41] . A feszültségosztó tisztán rezisztív , frekvenciafüggő kapcsolatok nélkül. Az elválasztó kondenzátorral történő söntölése – írta Williamson – csak akkor lehet praktikus, ha rossz minőségű transzformátort használnak; ha a transzformátor megfelel a Williamson specifikációnak, akkor a CFO áramkörben lévő kondenzátor használhatatlan [43] . Az erősítő összes frekvenciakorrekciós áramköre az első két fokozatban összpontosul. Ezen kaszkádok anódos tápegységének RC szűrői egyidejűleg korrigálják a frekvenciamenetet az infra-alacsony frekvencia tartományban. A Williamson által 1949-ben bevezetett első fokozatú anódos RC szűrő felülről szűkíti az erősítő sávszélességét, megakadályozva az öngerjesztést ultrahang frekvenciákon [1] .
Williamson maga szerint 1947-es erősítőjének névleges kimenő teljesítménye 15 watt volt [39] . A 400 Hz-es szinuszos jel nemlineáris torzítási együtthatója (THD) névleges kimeneti teljesítmény mellett nem haladta meg a 0,1%-ot [39] , a csillapítási tényező körülbelül 30 volt (kimeneti impedancia 0,5 ohm névleges terhelési ellenállás mellett 15 ohm) [39] . A frekvenciamenet egyenetlensége a 10…20000 Hz frekvenciatartományban nem haladta meg a ± 0,1 Hz-et; az ultrahangos tartományban csak a transzformátor rezonanciafrekvenciáján (körülbelül 60 kHz) volt megfigyelhető a frekvenciamenet észrevehető csökkenése (-2,6 dB) [39] . A SOI jelfrekvenciától való függését és a nemlineáris torzítások harmonikus összetételét Williamson munkái nem tárták fel; a SOI jelszinttől való függését csak minőségileg írják le [39] . Williamson azt írta, hogy az erősítő intermodulációs torzítását a rendelkezésére álló berendezés nem észlelte, és nem volt hallható [39] .
Részletesebb mérési eredményeket - mind tisztán aktív álterhelésen , mind valódi hangszóró basszusreflexes burkolatba csatlakoztatásakor - Astor és Langford-Smith 1947 [44] munkájában közölték . Az ausztrálok szerint a végfokozatban 807 csövet használtak azonos névleges 15 ... 16 W-os kimeneti teljesítménnyel, az erősítő erősítése 11,1 W-os kimeneti teljesítményig változatlan maradt; nyílt hurkú NFB-vel az erősítés egyenletes csökkenése kezdődött 7 W-os kimeneti teljesítménynél [45] . A 400 Hz-es jel torzítási spektrumában a harmadik és ötödik felharmonikus dominált, jelentős (de füllel nem érzékelhető) részesedéssel a második harmonikusból [45] . 0...3 W-os kimeneti teljesítménynél páratlan felharmonikusokat nem, 4...10 W-os kimeneti teljesítménynél csak a harmadik felharmonikust (0,01...0,015%) észleltük [45] . Körülbelül 11 W-nál a páratlan és a páros felharmonikusok szintje meredeken emelkedett – összesen 1,5%-ra 17 W-os kimeneti teljesítmény mellett [45] . Pontosan az elméletnek megfelelően a hangszóró fő rezonanciája környezetében (45 Hz) és az alatta lévő frekvenciák voltak leginkább érzékenyek a torzításra; 100…1000 Hz-es frekvenciákon a torzítások minimálisak voltak, 1 kHz felett pedig fokozatosan növekedtek [45] .
1946 februárjában Williamson, akit már nem kötöttek háborús kötelezettségek, elhagyta Marconi-t, és a Ferranti edinburghi fiókjához ment dolgozni [47] . Néhány hónappal később elfelejtett jelentése a Marconi értékesítési osztályának tudomására jutott [48] [14] . A csövek polgári piacon való népszerűsítésének új módjait kereső üzletemberek benyújtották Williamson jelentését a népszerű Wireless World magazinban való közzétételre a főszerkesztő, aki ismerte Williamsont korábbi munkáiból, felvette a kapcsolatot a tervezővel, és rendelt neki egy teljes értékű, részletes cikket [48] [14] . Ismeretlen okokból az 1946 folyamán egyeztetett kiadás többször is késett; Williamson cikke csak a Wireless World 1947. áprilisi számában jelent meg [48] [14] .
Minden érintett meglepetésére az újdonság rendkívüli sikert aratott [1] . A megjelenés egybeesett a televíziós műsorszórás újraindulásával , az első szélessávú lemezek kiadásával [comm. 8] , az első publikációk a rögzített német magnetofonokról és a frekvenciamodulált rádióadás kezdetéről [comm. 9] ; hamarosan megkezdődött a régóta játszó lemezek kiadása . Az 1947-ben elérhető legjobb ULF jellemzői ( kb. 40...10000 Hz sávszélesség kb. 1...2%-os THD-vel) nem tették lehetővé az új formátumokban rejlő lehetőségek feltárását; a fogyasztói piacon továbbra is kielégítetlen kereslet mutatkozott a high-fidelity háztartási berendezések iránt [50] . Ezzel egy időben a katonai raktárakból származó olcsó elektronikai alkatrészek tömege lépett be a polgári piacra – köztük a nagy teljesítményű 6L6 és 807 tetródák [51] . Amatőrök ezrei kezdték el lemásolni Williamson terveit; kérésükre a transzformátor- és alvázgyártók tömegesen kezdtek el gyártani alkatrészeket a Williamson specifikációi szerint [52] .
Az ausztrálok, Astor és Langford-Smith már 1947 augusztusában-szeptemberében adaptálták a Williamson áramkörét a 6SN7 kettős triódához és a 807 kimeneti sugártetródához, majd valamivel később a 6L6 sugártetródhoz [53] . Brit és ausztrál magazinok egyöntetűen kiváló értékeléseket adtak az áramkörnek: "ez a legjobb erősítő, amit valaha teszteltünk, nagy különbséggel [az analógokból]" [54] , "egy olyan erősítő, amely az összes többi erősítőt eltemet" [46] , " a természetes reprodukciós zene abszolút csúcsa” [55] és így tovább. Az amerikaiak két éves késéssel fogadták az újdonságot: az USA-ban csak 1949 második felében jelentek meg az első részletes és hasonlóan lelkes cikkek a Williamson-erősítőről [56] [55] [37] . 1949 végére Williamson séma már az elismert példakép lett, amelyen az összes származtatott általános visszacsatolási terv alapult [1] . Az amerikai cégek nemcsak az áramkört igazították az Egyesült Államokban kapható alkatrészekhez, hanem elkezdték importálni a brit KT66-os csöveket és a Williamson-transzformátorokat, létrehozva ezzel a brit Hi-Fi amerikai piacát [52] .
Az amatőr „kreativitás” terjedelmének és az amatőröknek szóló publikációk bőségének egyszerű közgazdasági magyarázata volt [57] . A háború utáni első évek gyári berendezései túl drágák voltak; az erősítő önszerelése jelentős megtakarítást eredményezett [57] . A házi készítésű Williamson erősítők számát legalább több százezer példányra becsülik [14] ; az 1950-es években abszolút uralták az amatőr gyakorlatot az angol nyelvű országokban [58] . A sztereofonikus hangzás ideje még nem jött el: szinte minden fennmaradt házi készítésű erősítő egyszólamú, mindegyik apró részletekben különbözik társaitól, a felépítés minősége általában elmarad a sorozattermékektől [58] . A 21. században az 1950-es évekből származó házi készítésű erősítőket rendszeresen kínálják eladásra az online aukciókon, de nagyon nehéz sztereó párba kombinálni [58] .
A gyári, eddig kisüzemi gyártás 1948 februárjában kezdődött az Egyesült Királyságban; az első nagy cég, a Rogers 1948 októberében jelentette be a Williamson erősítő kiadását [59] . Az 1950-es évek elején a Williamson-séma abszolút uralta az ipari termelést az Atlanti-óceán mindkét oldalán [60] ; John Freeborn, a Radio-Electronics amerikai magazin rovatvezetője szerint az akkori professzionális tervezőknek és gyártóknak csak két lehetőségük volt – „vagy követik Williamsont, vagy felülmúlják őt” [61] .
A barkácsolók legelső kísérletei feltárták az új rendszer „veleszületett betegségeit”. A tervező által lefektetett stabilitási ráhagyás túl kicsi volt: az összeállított erősítők, úgy tűnik, szigorúan a szerző receptje szerint folyamatosan öngerjesztettek [comm. 10] . Még 1947-ben Astor és Langford-Smith, kiváló minősítést adva a Williamson erősítőnek, arról számolt be, hogy „... hangszórót csatlakoztatva a kimenethez azt találtuk, hogy kellően nagy, alacsony frekvenciájú [hasznos] jel esetén csillapítatlan rezgések egy kb. 60 kHz-es frekvencia lép fel a kimeneten, amit valamilyen más frekvencián ( eng. some other frequency ) pulzáló ingadozás kísér " [33] [comm. 11] . Az ausztrálok a kimenő lámpák árnyékoló rácsát kis kondenzátorokkal elnyomták a nagyfrekvenciás rezgéseket ; megtudni az "egyéb" rezgések természetét - az első osztályú laboratóriumi felszerelés ellenére [comm. 12] - megbuktak [33] .
Az US Navy Laboratory szakemberei hét különböző soros Williamson erősítőt teszteltek [comm. 13] megállapította, hogy mindegyik 2...3 Hz-es nagyságrendű frekvencián öngerjesztett [66] . A kimeneti transzformátorok cseréje csak közepes és magas frekvenciákon változtatta meg az erősítő viselkedését; a legjobb minták tökéletesen egyenletes frekvenciamenetet mutattak 10 Hz-től 100 kHz-ig, de szubszonikus frekvenciákon is "pulzáltak" [67] . A legrosszabb mintákban a katonaság rezonáns "pattanást" észlelt, amely nem vált át öngerjesztéssé, és ultrahang frekvenciákon. Egyes transzformátorok viszonylag alacsony, 30...50 kHz-es frekvencián "gyűrűztek", másokban a rezonanciaspektrum 500...700 kHz-ig terjedt [68] . A „hagyományos” kimeneti transzformátorok köré épített amatőr tervekben a nagyfrekvenciás öngerjesztés elkerülhetetlen volt, és ezt csak durva sávszélesség-csökkentéssel lehetett elnyomni . A katasztrófa mértéke az amatőr gyakorlatban nem ismert pontosan: a Wireless World szerkesztői nem olvasói leveleket publikáltak, hanem magának Williamsonnak küldték el.
Miután megkapta a Ferranti vezetőségének jóváhagyását, egy időre felfüggesztette a fő munkát, és visszatért az erősítő finomhangolásához; ennek a munkának az eredménye volt a Wireless World második cikksorozata, amely 1949 augusztusa és 1950 januárja között jelent meg [69] . Magán az áramkörön a változtatások minimálisak voltak: Williamson csak egy RC kiegyenlítő áramkört adott a bemeneti fokozathoz; 1949-ben a legtöbb dolgozatát a telepítés és hibakeresés bonyolultságainak szentelte [69] [1] . A Williamson erősítő stabilitásának független elemzése, amelyet 1950 decemberében tettek közzé, kimutatta, hogy az áramkör valóban hajlamos volt az öngerjesztésre mind ultrahangos, mind szubszonikus frekvenciákon [70] [71] .
A kisfrekvenciás tartományban az OOS nyitott áramkörével rendelkező erősítő amplitúdó-frekvencia karakterisztikáját három felüláteresztő szűrő (HPF) alkotja [72] [73] . Az első és a második HPF, a fokozatközi kondenzátorokon alapuló klasszikus RC szűrők a szerző változatában azonos 6 Hz -es vágási frekvenciával rendelkeztek [72] ; a harmadik HPF, amelyet a kimeneti lámpák belső ellenállásai (2 ... 2,5 kOhm [comm. 14] ) és a transzformátor primer tekercsének induktivitása (100 H) alkotnak, nyugalmi állapotban kb. Hz [74] . A Williamson által választott visszacsatolási mélység mellett a három közeli vágási frekvenciájú HPF ilyen kombinációja instabil; stabilizálására Williamson 200 ms nagyságrendű időállandójú frekvenciakorrekciós RC áramköröket vezetett be az első és a második fokozat anódáramköreibe, amelyek egyben szétválasztó teljesítményszűrőként is szolgáltak [74] . További stabilitást a kimeneti transzformátor nemlinearitása biztosított: a primer tekercsben a váltóáram növekedésével nőtt annak effektív induktivitása, és nőtt a kimeneti LR szűrő időállandója [23] . A szerző Williamson-verziója stabil volt, de a stabilitási határa túl kicsi – ezért mind a barkácsolók, mind a soros erősítők gyártói elkerülhetetlenül szembesültek az öngerjesztéssel [35] . A probléma legegyszerűbb megoldása - feltéve, hogy jó minőségű kimeneti transzformátort használtak - a szakaszközi szűrők vágási frekvenciáinak szétválasztása volt [35] [75] [76] , például Hafler "ultralineáris Williamson"-jában. és Keros (1952) 1,3 és 6 Hz volt [35] [75] .
A nagyfrekvenciás tartományban a fázisinverteres fokozat aszimmetriája és a kimeneti transzformátor beépítésének nyilvánvalóan ismeretlen parazitakapacitásai és parazitaparaméterei miatt a pontos számítás nem lehetséges [74] [73] a konkrét kialakítástól függően . A választott modelltől függően a nagy frekvenciákon a frekvenciaválasz-csökkentést vagy négy [77] [35] vagy öt [73] aluláteresztő szűrő alakítja ki . A Williamson-sémát elemző szerzők különböző vágási frekvenciákkal operáltak, de minden esetben a négy frekvencia közül legalább három túl közel helyezkedett el egymáshoz, ami instabillá tette kombinációjukat [77] [35] . A helyzet korrigálása érdekében 1949-ben Williamson egy további frekvenciakorrekciós áramkörrel csökkentette az első fokozat sávszélességét, de a gyakorlatban ez nem volt elég – a stabilitási ráhagyás még kicsi volt [77] [78] . A saját készítésű tervezőknek maguknak kellett keresniük a kiutat: volt, aki a kimeneti lámpák árnyékoló rácsát további kondenzátorokkal söntötte, mások szűkítették a kimeneti transzformátor sávszélességét, az NFB áramkörosztó sávszélességét, vagy éppen ellenkezőleg, optimalizálták. az áramkör telepítése a parazita kapacitások minimalizálása érdekében [77] [78] .
A Williamson erősítő rendkívül érzékenynek bizonyult a passzív alkatrészek és csövek kiválasztásának minőségére és pontosságára. A szén- és kompozíciós ellenállások zajosak voltak, és nemlineáris torzítást generáltak; Az amerikai sorozatú lámpák, amelyeket széles körben használtak a Williamson által használt L63 és KT66 helyett, nem váltották legjobban a brit lámpákat [81] [79] . Williamson figyelmeztette az olvasót, hogy a KT66-nak nincsenek pontos analógjai, és előnyben kell részesíteni az alternatívákkal szemben [82] .
A rádióamatőrök, akiknek a Williamson-sémát címezték, nem tudták önállóan azonosítani és kijavítani az összes problémás területet. Egy avométerrel felfegyverkezve az amatőr a műszer tűjét [81] megfigyelve "nézhet be" az infrahang tartományba , de az erősítő viselkedésének vizsgálatához magas frekvenciákon egy legalább felső határfrekvenciájú oszcilloszkóp . 1 MHz -re volt szükség [81] ... 2 [83] ; az 1950-es években azonban az oszcilloszkóp drága, megfizethetetlen újdonság volt, és a legtöbb modell sávszélessége nem volt elég széles [83] [81] .
A professzionális mérnököknek a Williamson erősítő elemzésével és finomításával foglalkozó cikkei viszonylag későn jelentek meg, amikor az amatőr tervezés hulláma már alábbhagyott - 1953-ban [84] , 1957-ben [85] , 1961-ben [79] . A Bendix Corporation mérnöke, M. V. Kibert, aki egy professzionális laboratóriumi erősítőt épített Williamson séma szerint, öt torzítási forrást azonosított benne [86] :
Kibert dicsérte az erősítő hangját, de figyelmeztette az olvasót, hogy a Williamson-áramkör összes követelménye csak laboratóriumi körülmények között teljesíthető [89] . Az erősítő csak drága, gondosan kiválasztott komponensek használatakor fedi fel képességeit, ami az akkori amatőr gyakorlatban lehetetlen volt [89] . Egy tökéletesen hangolt gyári erősítőnél előbb-utóbb ki kell cserélni a kimeneti csöveket, ami a torzítás előre nem látható növekedéséhez vezethet [89] .
1947 augusztusa óta a Williamson erősítő tucatnyi [90] változata jelent meg az amatőr, majd később a szakmai sajtóban. Az első lehetőségek csak az áramkör hozzáigazítására korlátozódtak az adott regionális piacon elérhető más lámpákhoz. Ezután elkezdődtek a szerzők publikációi, akik különféle módokon próbálták javítani az eredeti áramkör stabilitását, és legkésőbb 1950-ben megjelentek az első olyan projektek, amelyek jelentősen eltértek a Williamson-féle áramkör-tervezési elvektől.
1950-ben Herbert Keros a kimeneti csövek (807 tetróda) teljes katódellenállását nagy kapacitású elektrolitkondenzátorral söntötte le – ami Keros szerint nagymértékben csökkentette a harmonikus torzítást nagy teljesítmény mellett [91] . David Hafler és Keros ezt a megoldást alkalmazta a legtöbb tervben, ami közvetlen ellentétben áll Cocking és Williamson ajánlásaival; 1956-ra szabványossá vált [92] . Maga Hafler 1956-ban még tovább ment, és fix eltolást alkalmazott "Williamson"-jában az EL34 -en [93] . Rögzített torzítást használtak mind a szovjet, mind az orosz tervezők: Yu. Romanyuk (6C4C közvetlen fűtésű triódák változata , 1965 [94] ), A. Baev ( GU-50 generátorpentóda verziója , 1977 [95] [96] ) , A. Manakov ( 6P45S line-scan tetróda változata , 1990-es évek [97] ).
Az 1950-es évek elején a tervezők elkezdték aktívan használni a nagy kapacitású kondenzátorokat anód áramkörökben is. A Williamson által használt 8 µF-os papírkondenzátorokat 40 µF-os elektrolitkondenzátorokra cserélték [ 84 ] , és Wright 1961-es erősítőjében az élsimító szűrők összkapacitása meghaladta a 600 µF -ot [98] . A soros erősítőben Bell 2200 [comm. 15] (1953), az első két fokozat közvetlen csatlakoztatását kapacitívra cserélték [99] , a Stromberg-Carlson AR-425 erősítőben (1953) a végfok tetróda áramkör szerint épült. - Williamson négylépcsős topológiájának megőrzésével [100] . A stabilitás elkerülhetetlen romlását további frekvenciakorrekciós áramkörök kompenzálták [101] .
1951 decemberében Hafler és Keros elkezdte népszerűsíteni az úgynevezett ultralineáris kimeneti fokozatok használatát. A fülbemászó név alatt egy tetróda vagy pentóda bekapcsolási sémája volt elrejtve, amelyet az 1930-as években Alan Blumlein talált ki , és a hasznos teher elosztását az anód és az árnyékoló rács között. Azonos kimeneti csövekkel az ultralineáris erősítő másfél [102] teljesítményt adott le – kétszer akkora teljesítményt, mint a Williamson tiszta trióda kaszkádja, hasonló torzítás mellett, és olcsóbb volt, mint a tiszta pentóda erősítők [60] . Hafler és Keros első "ultralineáris Williamson"-ja egy 6L6 tetródpáron , amelyet Williamson [35] négylépcsős topológiája szerint építettek , 20 W-ot fejlesztettek ki [103] , a másodikat 807-30 W-os tetródákon [103]. . Miután a tervezők megérezték a nagy kapacitások amerikai piacának ízét, "fegyverkezési versenyt" indítottak; 1955-ben, már önállóan dolgozva, Hafler és Keros 60 wattos UMZCH-t kínált a közönségnek a 6550 [104] tetródokon és a KT66 ikertesteken [105] .
Így a tervezők és a gyártók lépésről lépésre, néhány év alatt visszavonultak Williamson klasszikus sémájától és elképzeléseitől – továbbra is az ő nevét használva. A 21. század irodalmában még a közös visszacsatolás nélküli terveket is Williamson erősítőknek nevezik [106] . Williamson életrajzírója, Peter Stinson szerint ez helytelen; egy valódi Williamson erősítőben öt feltételnek kell egyszerre teljesülnie [107] :
Hafler és Keros üzleti érzékének köszönhetően az amerikai gyártók ( Eico , The Fisher , Harman / Kardon , Marantz és mások) sorra elhagyták az "elavult" kimeneti triódákat, és ultralineáris áramkörre váltottak. [9] . Mullard , Nagy-Britannia legnagyobb lámpagyártója és az 1950-es években az európai áramkörök úttörője , nyilvánosan támogatta az újdonságot [108] . A Williamson korábbi munkaadója, a GEC egy 30 wattos „ultralineáris Williamsont” KT88-as csövekkel vett fel áramkörök gyűjteményébe . A Williamson erősítő minden érdeme ellenére elvesztette a versenyt, akárcsak Peter Walker ( Quad ) és Frank McIntosh ( McIntosh Laboratory ) alternatív tervei [110] . 1952 szeptemberében Williamson és Walker elismerte vereségét. Egy közösen írt áttekintő cikkben arra a következtetésre jutottak, hogy a tömeggyártásban a gazdaságosabb, de a kimeneti transzformátor minőségére is igényesebb ultralineáris áramkört részesítik előnyben [56] [111] . Williamson, aki már a hangtechnika elismert tekintélyévé vált, már nem foglalkozott vele [14] . A hangzás csak hobbi volt számára, és egész szakmai élete a gépészet problémáihoz kötődött . Véletlenül tervezett óriási marógépeket [112] , precíziós optikai érzékelőket [113] , gyártósorokat és numerikus vezérlőrendszereket [114] ; az elektronika történetében Williamson egyetlen terv szerzője maradt.
1956-ban az amerikai piacon a legtöbb soros UMZCH még a Hafler négylépcsős „ultralineáris Williamson” séma szerint készült [92] . A következő néhány évben ez is eltűnt a színről: a négyfokozatú Williamson topológiát egy stabilabb és olcsóbb háromfokozatú áramkör váltotta fel kiegyensúlyozott fáziselosztóval, amely egyben kimeneti lámpa meghajtóként is szolgált [115] . A Hafler által kifejlesztett Dynaco Stereo 70 háromfokozatú ultralineáris erősítő a történelem legmasszívabb csöves UMZCH-ja lett [116] . Az Egyesült Államok fogyasztói piaca tele volt számos, csak apró részletekben eltérő háromfokozatú UMZCH modellekkel, 25 ... 30 W kimeneti teljesítménnyel és a kevésbé erős brit Mullard 5-10 és 5-20 erősítők klónjaival [115] . Valamennyi modellről azt állították, hogy olyan jól teljesít, mint az eredeti Williamson erősítő, kétszer akkora kimeneti teljesítménnyel és garantált stabilitással [115] . Ugyanennek a Haflernek a javaslatára ekkor erősödött meg az amerikai audiofilek körében az a szubjektivista vélemény, miszerint az erősítő tulajdonságai nem szolgálhatnak minőségi mérőeszközként, hogy mindent csak egy képzett, képzett személy személyes érzései döntenek el. hallgató [110] .
A hangmérnöki tervezés látszólagos egyszerűsége illuzórikus. Csak keveseknek sikerült igazán jól. Frank McIntosh nagyszerű erősítőt készített. Az angliai Williamsonnak sikerült egy finom erősítőt készítenie. A korai Leak modellek jók voltak. Mindezek az emberek nem a pénzt kergették – [fő] céljuk az volt, hogy otthon zenéljenek. – Richard Sequerra, a Marantz 10B és a Day-Sequerra vevőkészülékek tervezője , 2009 [117]
Eredeti szöveg (angol)[ showelrejt] Az az elképzelés, hogy a hang egyszerű és könnyen elkészíthető, nagy fantázia. Nagyon kevesen vannak, akik valaha is igazán jól csinálták. Szerintem Frank McIntosh csodálatos erősítőt készített. [DTN] Williamson Angliában csodálatos erősítőt készített. Már az első Leaks is csodálatos volt. Ezeknek az embereknek a célja nem csak a pénz volt, hanem az is, hogy otthoni zenét reprodukáljanak. Ma az a probléma, hogy a profit a tervezési cél. A zene mellékes hozzá.
Ugyanaz a "Williamson", akit személy szerint még mindig [nemzedékem] legjobbjának tartok... - John Linsley Hood , 1994 [24]
Eredeti szöveg (angol)[ showelrejt] A "Williamson", amelyet magánéletben még mindig a legjobbnak tartok a csoportbanNem Williamson volt az első tervező, aki elérte az UMZCH magas objektív jellemzőit. 1947-ben már létezett két eredeti, összehasonlítható minőségű UMZCH-terv az Egyesült Királyságban. 1945 szeptemberében Harold Leak bejelentette egy háromlépcsős kiadását, amelyet egy közös OOS UMZCH fed le a Leak Point One triódákon [118] [119] [comm. 16] ; ugyanebben az 1945-ben Williamson barátja, Peter Walker üzletember kiadott egy sémát a helyi FOS beépítésére a kimeneti pentódok katódáramköreibe , visszanyúlva Alan Blumlein háború előtti elképzeléseihez [121] [122] . Walker és Leek is megpróbálta önállóan kereskedelmi forgalomba hozni terveit a háború utáni Nagy-Britannia zárt, szegényes piacán; az országon kívül munkájuk gyakorlatilag ismeretlen volt. Williamson éppen ellenkezőleg, a rádióamatőrök széles köréhez címezte tervét, és ez volt az, ami előre meghatározta a sikerét [123] [57] .
Williamson 1947-es publikációiban meghatározta a szükséges és elégséges mutatók körét, amelyek a szaporodás magas minőségét jellemzik , és reális, elérhető célértékeket tűzött ki ezekre a mutatókra, amelyek általánosan érvényesek a 21. században [124] . Williamson egyrészt irányelveket fogalmazott meg a berendezéstervezők számára, másrészt népszerűsítette ezen irányelvek ismeretét és megértését a szakemberek és a fogyasztók körében [124] . A Williamson erősítő objektív jellemzői lettek az a szabvány, amelyhez az 1950-es évek tervezőit vezérelték, és amely a csöves korszakban [comm. 17] szinte lehetetlen volt legyőzni [24] [125] . Williamson meggyőzően bebizonyította, hogy a harmonikus torzítás hatékonyan csökkenthető mély visszacsatolás alkalmazásával, kiváló minőségű kimeneti transzformátorral [126] . Sikerült megalkotnia a tökéletes példaképet, amely egészen az ipar tranzisztorokra való átállásáig tartott; a Williamson erősítővel egyenlő feltételekkel versenyezni képes tranzisztoros UMZCH létrehozása másfél évtizedet vett igénybe. Az 1960-as évek berendezéseire jellemző disszonáns „ tranzisztorhangzást ” a tervezők csak a hetvenes évek közepére tudták leküzdeni [127] .