Williamson-vahvistin on työnnettävä nelivaiheinen putken äänitaajuustehovahvistin ( UMZCH ), jonka Theo Williamson kehitti toisen maailmansodan aikana . Vaatimattomalla 15 W :n lähtöteholla ja putkilaitteiston standardien mukaan alhaisella hyötysuhteella Williamsonin vahvistin erosi kilpailevasta UMZCH:sta alhaisella epälineaarisen ja keskinäismodulaatiosäröllä , tasaisella amplitudi-taajuusvasteella . koko äänitaajuusalue ja akustisten järjestelmien tehokas vaimennus (korkea vaimennuskerroin ( Damping factor )). Vuonna 1947 julkaistu ja radioamatöörioperaattoreiden itsensä toistavaksi tarkoitettu suunnittelu asetti korkean tarkkuuden äänentoiston standardin, ja siitä tuli putkipiirien malli 1940-luvun lopulla ja 1950-luvulla [1] [2] .
Kaavamaisesti Williamson-vahvistin toisti Cockingin "korkealaatuisen vahvistimen" piirin , joka tunnettiin vuodesta 1934 lähtien , täydennettynä yhteisellä negatiivisen takaisinkytkennän (CNF) piirillä ja virhevahvistuksen tuloasteella [ . Vahvistimen korkeat ominaisuudet saavuttivat syvä OOS , lähtösäteen tetrodien triodikytkentä , konservatiivisesti valitut lampun toimintatilat ja lähtömuuntajan käyttö, jonka kaistanleveys on aikansa suhteen poikkeuksellisen laaja .
Williamson-vahvistimen etujen kääntöpuolena oli käytettyjen komponenttien vaativa laatu ja taipumus itseherättymiseen infraääni- ja ultraäänitaajuuksilla [ ⇨ . Vahvistimen vakausmarginaali oli liian pieni, ja sitä oli lähes mahdotonta lisätä nelivaiheisen järjestelmän puitteissa. 1950-luvun suunnittelijat loivat monia parannettuja versioita Williamson -vahvistimesta , mutta eivät pystyneet korjaamaan sen perusvirheitä. 1950-luvun puoliväliin mennessä UMZCH-sarjavalmistajat luopuivat Williamson-piiristä ja suosivat tehokkaampia ultralineaarisia lähtöasteita ja vakaampia kolmivaiheisia piirejä .
Vuonna 1925 Edward Kellogg julkaisi ensimmäisen käytännön menetelmän triodien UMZCH:n lähtöasteiden laskemiseksi ja sen teoreettisen perustelun [4] . Kelloggin mukaan UMZCH: n epälineaarisen vääristymän sallittu taso voi nousta 5 %:iin - edellyttäen, että vääristymistaso kasvaa tasaisesti ja niiden spektri sisältää pääasiassa vahvistetun signaalin alemmat harmoniset [4] . Kelloggin ehdottamasta rajasta tuli sotien välisen ajan suunnittelijoiden de facto standardi [4] . Tuolloin tehokkaimman UMZCH:n pääasiakas ja kuluttaja oli äänielokuva [4] ; Jakelijat olivat täysin tyytyväisiä primitiivisiin push-pull-vahvistimiin, jotka perustuivat suoraan lämmitettyihin triodeihin, joissa on muuntajan väliliitännät ja jotka toimivat säästötilassa B [4] . Western Electricin huippuluokan 300A ja 300B triodiäänikoneet olivat harvinaisia ja pysyivät myös 5 %:n standardissa [4] .
1930-luvun alussa RCA- ja Western Electric -yhtiöiden suunnittelijat onnistuivat moninkertaisesti parantamaan äänentoistopolkujen ominaisuuksia ja saavuttamaan korkean tarkkuuden laboratorio-olosuhteissa , mutta nämä kehitystyöt eivät menneet sarjaan [5] . Suuri lama , toinen maailmansota ja sodan jälkeinen tv -buumi viivästyttivät uuden tekniikan käyttöönottoa pitkään [5] . 1930-luvun puolivälissä ammattilaisten keskuudessa vakiintui käsitys, että vahvistimien ja akustisten järjestelmien parantaminen ei ollut tarkoituksenmukaista, kunnes optiset äänitteet ja sellakkalevyt korvasivat uudet, laadukkaat äänensiirtolaitteet [6] .
Sarjalaitteiden kehitys pysähtyi, ja radioamatöörit, jotka olivat tyytymättömiä sen laatuun, yrittivät saavuttaa korkean tarkkuuden yksin. Amerikkalaiset kokeilivat uusimpien sädetetrodien lähtöasteita . Australialaiset pitivät parempana perinteisiä push-pull-triodipiirejä , joissa oli monimutkaisia ja kalliita välimuuntajia [7] . Brittiläinen suunnittelijakoulu, jota johti Walter Cocking, vetosi kohti push-pull-triodivahvistimia tilassa A kapasitiivisella portaiden välisellä kytkennällä [4] [8] . Interstage-muuntajia pidettiin ei-toivottuina, koska ne kavensivat kaistanleveyttä ja huononsivat vahvistimen transienttivastetta korkeamman taajuuden alueella [4] . Tetrodit ja pentodit hylättiin, koska ne aiheuttivat enemmän epälineaarista säröä signaaliin ja niillä oli enemmän sisäistä vastusta kuin triodeilla, mikä pahensi kaiuttimien pääresonanssia [ 4] [9] . UMZCH-suunnittelijan, Cocking väitti, on samanaikaisesti minimoitava sekä signaalin taajuus- että vaihe- ja amplitudivääristymät [4] [10] .
Vuonna 1934 Cocking julkaisi ensimmäisen luonnoksen "korkealaatuisesta vahvistimestaan" ( englanniksi: Wireless World Quality Amplifier ). Ilman yhteistä palautetta Cocking onnistui saattamaan UMZCH: n epälineaarisen vääristymän kertoimen arvoon 2 ... 3 %; NFB-piirit, jotka kattavat lähtö- ja esilähtöasteet (mutta ei lähtömuuntajaa), ilmestyivät hänen teoksiinsa vasta vuonna 1943, "sota-ajan vahvistimessa" [comm. 1] amerikkalaisilla tetrodeilla 6V6 [12] [comm. 2] . Aikaansa nähden erittäin menestyneestä Cockingin UMZCH:sta tuli kaikkien brittiläisten putkiaikakauden äänipiirien esikuva, mukaan lukien Williamson-vahvistin [4] .
Vuonna 1939 16-vuotias Theo Williamson kokosi ensimmäisen push-pull-vahvistimensa [13] . Samana vuonna Williamson astui Edinburghin yliopistoon , ja keväällä 1943, sodan huipulla , 20-vuotias Theo epäonnistui matematiikan kokeessa ja hänet erotettiin kolmannelta vuodelta huonon edistymisen vuoksi [14] . . Yritys saada työpaikka tutka-asemia kehittäneeseen salaiseen Long Range Communications -instituuttiin osoittautui epäonnistuneeksi: instituutin henkilöstöpäällikkö C.P. Snow piti ehdokasta tutkimustyöhön kykenemättömänä [ 14] . Fyysisesti heikko, lapsuudesta asti sairastunut tuberkuloosiin Williamson ei ollut asevelvollisuuden piirissä aktiiviseen armeijaan [15] , ja sotilasviranomaiset löysivät hänelle työpaikan radioputkien testaajana Marconi-Osram Valvessa [16] [ 14] . Williamson-lamppujen kehitys ja tuotanto eivät olleet houkuttelevia; huhtikuussa 1944 hän muutti Marconin piirilaboratorioon [ en [14] . Laboratorion johtajan tietämyksellä Williamson työskenteli omissa, amatööriprojekteissaan vahvistimien ja mikrofonien kehittämisessä vapaa-ajallaan ; täällä vuonna 1944 hän loi vahvistimen, joka sai nimensä [14] .
Cockingin [1] ajatuksia seuraten Williamson rakensi oman, paljon tiukemman vaatimusjärjestelmän UMZCH:lle:
Analysoituaan lähtöasteiden tunnetut konfiguraatiot Williamson Cockingin [8] jälkeen tuli siihen tulokseen, että vain tilassa A [20] [1] toimivien triodien push-pull-lähtöaste täyttää tämän vaatimuksen . Tässä tapauksessa, toisin kuin Cocking-kaaviossa, vahvistimen tulee olla kokonais-OOS:n peitossa, jonka syvyys on 20 ... 30 dB [20] [1] . Tyypillistä kaikille piireille, joissa on syvä takaisinkytkentä [21] lähtösignaalin kova rajoitus , kun tulosignaali saavuttaa "katon" [comm. 3] Williamson ei ollut nolostunut. Päinvastoin, hän kirjoitti, tähän pitäisi pyrkiä, jotta linearisoidaan siirtoominaisuus keskisuurilla ja suurilla tehoilla [19] . Williamson [19] piti " putkiäänen " [21] pehmeää leikkaamista ei-toivottavana .
Teorian mukaan Williamsonin antamien ominaisuuksien omaava vahvistin olisi taatusti vakaa, kun hänen muuntajansa kaistanleveys on vähintään 2,5 ... 160 000 Hz [22] . Ymmärtäessään tällaisen laajakaistamuuntajan vaikeuden, Williamson joutui pienentämään vakausmarginaalia; hänen laskelmiensa mukaan vahvistin pysyisi vakaana, vaikka muuntajan kaistanleveys olisi "vain" 3,3 ... 60 000 Hz vaihesiirron ollessa enintään 90 ° [3] [1] . Käytettäessä lähtölamppuja, joiden sisäinen vastus on pieni (2 ... 2,5 kΩ), induktanssi [comm. 4] tällaisen muuntajan ensiökäämin tulisi olla vähintään 100 H ja vuotoinduktanssin - enintään 33 mH kukin [3] . Suurin osa tuon ajan lähtömuuntajista ei täyttänyt näitä vaatimuksia; Williamsonin muuntajat osoittautuivat paljon massiivisemmiksi, monimutkaisemmiksi ja kalliimmiksi kuin perinteiset [24] - ja samalla ne tarjosivat vain tuskin riittävän turvamarginaalin [25] . Suurempi turvamarginaali, Williamson kirjoitti, voidaan saavuttaa vain kertomalla ensiökäämin induktanssi, mikä oli käytännössä mahdotonta saavuttaa 1940-luvulla [25] .
Vähäisestä sodanaikaisten lamppujen sarjasta suora hehkulankatriodi PX25 täytti Williamsonin vaatimukset [comm. 5] ja epäsuoran lämmityksen sädetetrodi KT66 triodikotelossa [27] . Ensimmäinen näyte hänen vahvistimestaan Williamson koottu hyvin tunnettuun, valmistettu vuodesta 1932 [26] PX25 [28] . Tämän sukupolven lamppuja pidettiin jo vanhentuneina; 1930-luvun lopulla ne korvattiin edullisemmilla, mutta vähemmän harmonisilla sädetetrodeilla [28] . Vahvistimen toisessa näytteessä Williamson käytti KT66-sädetetrodeja; Pienten muutosten jälkeen hän onnistui saavuttamaan saman korkean suorituskyvyn kuin triodimoodiin kuuluvalla KT66:lla [28] . KT66-parin vahvistimen epälineaariset vääristymät eivät ylittäneet 0,1 %, lähtöteho saavutti 20 W [28] [comm. 6] .
Vuoden 1944 lopulla Williamsonin kokeilut kiinnostivat Marconin ja Decca -levy-yhtiön tekniset johtajat . Edellinen toimitti Williamsonille laboratoriolaitteet, jälkimmäinen tarjosi ainutlaatuisia prototyyppejä tietueista, jotka oli tallennettu uusimmalla laajakaistaisella Decca ffrr -järjestelmällä [30] . Testitallenteet, jotka olivat laadultaan parempia kuin kaikki tuolloin saatavilla olevat äänikantajat, auttoivat Williamsonia hienosäätämään vahvistinta ja lopulta vakuuttivat hänet valitun lähestymistavan oikeellisuudesta [28] . Mutta eivät Marconi tai sen liikekumppani GEC [comm. 7] eivät aikoneet tuottaa Williamsonin vahvistinta massatuotantona; kaikki rajoittui viralliseen käyttöön tarkoitettuihin raportteihin [30] [14] [31] . Aikaansa edellä oleva malli ei kiinnostanut edes yrityksen lakimiehiä: siinä ei ollut mitään sellaista, joka olisi oikeutettu patenttiin [28] . Williamson yhdisti vain pitkään tunnetut tekniset ratkaisut [1] .
Williamsonin vahvistin on nelivaiheinen triodi push-pull -putki, joka on rakennettu korkealaatuisen laajakaistaisen lähtömuuntajan ympärille [34] . Toinen ( vaihejakaja triodissa V1B), kolmas ( esilähtöohjain, V2A ja V2B ) ja neljäs (lähtö, V3 ja V4) toistavat Cocking-vahvistinpiirin. Ylimääräinen V1A-triodituloaste ( virhevahvistin ) kompensoi yhteisen takaisinkytkennän aiheuttamaa vahvistushäviötä [35] .
Tuloasteen anodi ja vaiheinvertterin verkko on kytketty galvaanisesti toisiinsa - tämä vuodesta 1940 tunnettu ratkaisu oli vielä harvinainen vuonna 1947 [36] . Amerikkalaiset suunnittelijat pitivät sitä uutuutena 1950-luvun alussa [36] [37] . Vaiheinvertteri, ohjain ja lähtöaste on kytketty kapasitiivisilla kytkimillä . Pyrkiessään kunkin vaiheen maksimaaliseen linearisointiin Williamson (kuten Cocking) ei pohjimmiltaan käyttänyt kondensaattoreita katodipiireissä [38] . Alkuperäisessä piirissä ei ole elektrolyyttikondensaattoreita : tehonsyötön tasoitussuodatin on tehty kuristimiin ja pienikapasiteettisiin paperikondensaattoreihin [38] .
Kunkin vaiheen toimintapiste on optimoitu epälineaarisen vääristymän minimiin ja riittävällä ylikuormitusmarginaalilla [35] . Lähtöaste esijännitetty puhtaaseen tilaan A ; käytännössä se rakennettiin yleensä suojatuille lampuille triodiliitännässä. Käytettäessä KT66- tai 807-lamppuja vahvistimen lähtöteho vakiovirtalähteellä oli 15 wattia. Suurempien tehojen saavuttamiseksi, Williamson kirjoitti, on tarpeen käyttää lähtöastetta, jossa lamput on kytketty rinnan; vuoden 1947 artikkelissa hän mainitsi kokeellisen seitsemänkymmenen watin mallin rakentamisen, mutta ei antanut yksityiskohtia tästä suunnittelusta [39] .
Negatiivinen takaisinkytkentäsilmukka ulottuu kaikkiin neljään vaiheeseen ja lähtömuuntajaan – joka vuoden 1959 American Radio Engineering Handbookin tekijöiden mukaan oli " vakava suunnittelutesti ", jonka Williamson kesti mestarillisesti [40] . Palautteen syvyys on 20 dB; Williamson uskoi, että FOS:n syvyys voitaisiin helposti nostaa 30 dB:iin [41] , mutta hän ei nähnyt tässä mitään käytännön järkeä [42] .
Takaisinkytkentäjännitteen jakaja on kytketty suoraan muuntajan toisiokäämiin, joten takaisinkytkennän todellinen syvyys riippuu kuormitusresistanssista. Jotta se olisi vaadittu 20 dB, jakajan ylävarren resistanssi on säädettävä kuormitusvastukseen [41] . Jännitteenjakaja on puhtaasti resistiivinen , ilman taajuudesta riippuvia linkkejä. Jakajan vaihtaminen kondensaattorilla, Williamson kirjoitti, voisi olla käytännöllistä vain, jos käytetään huonolaatuista muuntajaa; jos muuntaja täyttää Williamsonin vaatimukset, CFO-piirin kondensaattori on hyödytön [43] . Kaikki vahvistimen taajuuskorjauspiirit on keskitetty kahteen ensimmäiseen portaan. Näiden kaskadien anoditeholähteen RC-suodattimet korjaavat samanaikaisesti taajuusvastetta inframatalataajuisella alueella. Ensimmäisen vaiheen anodi-RC-suodatin, jonka Williamson esitteli vuonna 1949, kaventaa vahvistimen kaistanleveyttä ylhäältä päin ja estää itsevirittymisen ultraäänitaajuuksilla [1] .
Williamsonin itsensä mukaan hänen vuoden 1947 vahvistimensa nimellislähtöteho oli 15 wattia [39] . Sinimuotoisen signaalin, jonka taajuus on 400 Hz, ei-lineaarisen vääristymän kerroin (THD) nimellislähtöteholla ei ylittänyt 0,1 % [39] , vaimennuskerroin oli noin 30 (lähtöimpedanssi 0,5 ohmia nimelliskuormitusresistanssilla 15 ohmia) [39] . Taajuusvasteen epätasaisuus taajuusalueella 10…20000 Hz ei ylittänyt ± 0,1 Hz; ultraäänialueella havaittiin huomattava taajuusvasteen lasku (-2,6 dB) vain muuntajan resonanssitaajuudella (noin 60 kHz) [39] . SOI:n riippuvuutta signaalitaajuudesta ja epälineaaristen vääristymien harmonisesta koostumuksesta ei esitetty Williamsonin teoksissa; SOI:n riippuvuus signaalitasosta on kuvattu vain kvalitatiivisesti [39] . Williamson kirjoitti, että hänen käytettävissään olevat laitteet eivät havainneet vahvistimen keskinäismodulaatiosäröä , eikä se ollut kuultavissa [39] .
Tarkemmat mittaustulokset - sekä puhtaasti aktiivisella nukkekuormalla että kun liitetään oikea kaiutin bassorefleksikoteloon - saatiin Astorin ja Langford-Smithin töissä 1947 [44] . Australialaisten mukaan, jotka käyttivät 807 putkea samalla nimellislähtöteholla 15 ... 16 W lähtövaiheessa, vahvistimen vahvistus pysyi muuttumattomana 11,1 W:n lähtötehoon asti; avoimen silmukan NFB:llä vahvistuksen tasainen lasku alkoi 7 W:n lähtöteholla [45] . 400 Hz:n signaalin säröspektrissä hallitsivat kolmas ja viides harmoninen, ja huomattava (mutta korvalla huomaamaton) osuus toisesta harmonisesta [45] . Lähtöteholla 0...3 W parittomia harmonisia ei havaittu, kun taas 4...10 W lähtöteholla havaittiin vain kolmas harmoninen (0,01...0,015 %) [45] . Noin 11 W:n kohdalla sekä parillisten että parillisten harmonisten tason jyrkkä nousu alkoi - yhteensä jopa 1,5 % 17 W:n lähtöteholla [45] . Täysin teorian mukaisesti kaiuttimen pääresonanssin (45 Hz) läheisyydessä ja sen alapuolella olevat taajuudet olivat alttiimpia särölle; 100…1000 Hz:n taajuuksilla vääristymät olivat minimaalisia ja 1 kHz:n yläpuolella ne vähitellen lisääntyivät [45] .
Helmikuussa 1946 Williamson, jota eivät enää sidoneet sodanaikaiset velvoitteet, jätti Marconin ja meni töihin Ferrantin Edinburghin haaratoimistoon [47] . Muutamaa kuukautta myöhemmin hänen unohdettu raporttinsa tuli Marconin myyntiosaston tietoon [48] [14] . Liikemiehet, jotka etsivät uusia tapoja edistää putkia siviilimarkkinoilla, toimittivat Williamsonin raportin julkaistavaksi suositussa Wireless World -lehdessä päätoimittaja, joka tunsi Williamsonin hänen aikaisemmista töistään, otti yhteyttä suunnittelijaan ja tilasi hänelle täysimittaisen, yksityiskohtaisen artikkelin [48] [14] . Vuoden 1946 aikana sovittu julkaisu viivästyi tuntemattomista syistä useita kertoja; Williamsonin artikkeli ilmestyi vasta Wireless World -lehden huhtikuun 1947 numerossa [48] [14] .
Kaikkien mukana olevien yllätykseksi uutuus oli poikkeuksellinen menestys [1] . Julkaisu tapahtui samaan aikaan kun televisiolähetykset aloitettiin uudelleen , ensimmäiset laajakaistalevyt julkaistiin [comm. 8] , ensimmäiset julkaisut kaapatuista saksalaisista nauhureista ja taajuusmoduloidun radiolähetyksen alkamisesta [comm. 9] ; pian alkoi ja pitkään soivien levyjen julkaisu . Vuoden 1947 parhaan saatavilla olevan ULF:n ominaisuudet ( kaistanleveys noin 40...10000 Hz ja THD noin 1...2 %) eivät sallineet uusien formaattien potentiaalin paljastamista; kuluttajamarkkinoilla korkealaatuisten kotitalouslaitteiden kysyntä oli edelleen tyydyttämätöntä [50] . Samaan aikaan joukko halpoja elektronisia komponentteja sotilasvarastoista tuli siviilimarkkinoille, mukaan lukien tehokkaat tetrodit 6L6 ja 807 [51] . Tuhannet amatöörit alkoivat kopioida Williamsonin suunnittelua; Vastauksena heidän pyyntöihinsä muuntajien ja runkojen valmistajat aloittivat massatuotannon komponentteja Williamsonin spesifikaatioiden mukaisesti [52] .
Jo elo-syyskuussa 1947 australialaiset Astor ja Langford-Smith sovittivat Williamsonin piirin 6SN7 - kaksoistriodille ja 807-lähtösädetetrodille ja vähän myöhemmin - 6L6 -sädetetrodille [53] . Britti- ja australialaislehdet antoivat piirille yksimielisesti erinomaiset arvosanat: "tämä on paras koskaan testaamamme vahvistin, laajalla marginaalilla [analogeista]" [54] , "vahvistin, joka hautaa kaikki muut vahvistimet" [46] , " luonnollisen toistomusiikin ehdoton huippu" [55] ja niin edelleen. Amerikkalaiset hyväksyivät uutuuden kahden vuoden viiveellä: ensimmäiset yksityiskohtaiset ja yhtä innostuneet artikkelit Williamson-vahvistimesta ilmestyivät Yhdysvalloissa vasta vuoden 1949 jälkipuoliskolla [56] [55] [37] . Vuoden 1949 loppuun mennessä Williamsonin järjestelmästä oli jo tullut tunnustettu roolimalli, johon kaikki johdetut yleiset palautesuunnittelut perustuivat [1] . Amerikkalaiset yritykset eivät ainoastaan mukauttaneet piiriä sopimaan Yhdysvalloista saataviin komponentteihin, vaan alkoivat myös tuoda brittiläisiä KT66-putkia ja Williamson-muuntajia, mikä loi brittiläisen Hi-Fi-markkinoiden Amerikan [52] .
Amatöörien "luovuuden" laajuudella ja amatööreille osoitettujen julkaisujen runsaudella oli yksinkertainen taloudellinen selitys [57] . Ensimmäisten sodanjälkeisten vuosien tehdaslaitteet olivat liian kalliita; vahvistimen itseasennus säästi huomattavan määrän [57] . Kotitekoisten Williamson-vahvistimien määrän arvioidaan olevan vähintään satoja tuhansia kopioita [14] ; 1950-luvulla he hallitsivat ehdottomasti amatööriharjoituksia englanninkielisissä maissa [58] . Stereofonisen äänen aika ei ole vielä tullut: melkein kaikki säilyneet kotitekoiset vahvistimet ovat monofonisia, jokainen niistä eroaa kollegoistaan pienissä yksityiskohdissa, rakennuslaatu on yleensä huonompi kuin sarjatuotteissa [58] . 2000-luvulla kotitekoisia 1950-luvun vahvistimia tarjotaan säännöllisesti myyntiin verkkohuutokaupoissa, mutta niiden yhdistäminen stereopariksi on erittäin vaikeaa [58] .
Tehdas, toistaiseksi pienimuotoinen tuotanto aloitettiin Isossa-Britanniassa helmikuussa 1948; ensimmäinen suuri yritys, Rogers, ilmoitti Williamson-vahvistimen julkaisusta lokakuussa 1948 [59] . 1950-luvun alussa Williamsonin järjestelmä hallitsi ehdottomasti teollista tuotantoa Atlantin molemmin puolin [60] ; Amerikkalaisen Radio-Electronics- lehden kolumnistin John Freebornin tuon ajan ammattisuunnittelijoilla ja valmistajilla oli vain kaksi vaihtoehtoa - "joko seurata Williamsonia tai ohittaa hänet" [61] .
Ensimmäiset tee-se-itse-kokeet paljastivat uuden järjestelmän "synnynnäiset sairaudet". Suunnittelijan asettama vakausmarginaali oli liian pieni: vahvistimet, jotka koottiin tiukasti tekijän reseptin mukaisesti, näyttävät olevan jatkuvasti itsestään innostuneita [comm. 10] . Jo vuonna 1947 Astor ja Langford-Smith antoivat erinomaiset arvosanat Williamson-vahvistimelle, että "...kytkiessämme kaiuttimen lähtöön havaitsimme, että riittävän suurella matalataajuisella [hyödyllisellä] signaalilla vaimentamattomia värähtelyjä lähdössä esiintyy noin 60 kHz:n taajuutta, johon liittyy sykkiviä vaihteluja jollain muulla taajuudella ( eng. jokin muu taajuus )" [33] [comm. 11] . Australialaiset tukahduttivat korkeataajuiset värähtelyt ohjaamalla ulostulolamppujen suojaverkot pienillä kondensaattoreilla; selvittää "muiden" värähtelyjen luonne - ensiluokkaisista laboratoriolaitteistoista huolimatta [comm. 12] - he epäonnistuivat [33] .
US Navy Laboratoryn asiantuntijat testaamalla seitsemää erilaista Williamson-sarjavahvistinta [comm. 13] , havaitsi, että ne kaikki olivat itsevirittyneitä 2...3 Hz:n luokkaa olevilla taajuuksilla [66] . Lähtömuuntajien vaihtaminen muutti vain vahvistimen käyttäytymistä keski- ja korkeilla taajuuksilla; parhaat näytteet osoittivat täysin tasaista taajuusvastetta 10 Hz - 100 kHz, mutta ne myös "pulssivat" aliäänitaajuuksilla [ 67] . Jotkut muuntajat "soittivat" suhteellisen matalilla 30...50 kHz:n taajuuksilla, toisissa resonanssispektri ulottui 500...700 kHz:iin [68] . Amatöörimalleissa, jotka rakennettiin "tavanomaisten" lähtömuuntajien ympärille, suurtaajuinen itseherätys oli väistämätöntä, ja se voitiin tukahduttaa vain karkealla kaistanleveyden pienentämisellä . Katastrofin laajuutta amatöörikäytännössä ei tiedetä tarkasti: Wireless World -toimittajat eivät julkaisseet lukijoiden kirjeitä, vaan lähettivät ne itse Williamsonille.
Saatuaan hyväksynnän Ferrantin johdolta, hän keskeytti päätyön hetkeksi ja palasi vahvistimen hienosäätöön; Tämän työn tulos oli Wireless World -lehden toinen artikkelisarja, joka julkaistiin elokuussa 1949 tammikuussa 1950 [69] . Muutokset itse piiriin olivat minimaalisia: Williamson lisäsi vain RC-taajuuskorjauspiirin tuloasteeseen; suurin osa hänen kirjoituksistaan vuonna 1949 oli omistettu asennuksen ja virheenkorjauksen monimutkaisille asioille [69] [1] . Riippumaton Williamson-vahvistimen stabiiliuden analyysi, joka julkaistiin joulukuussa 1950, osoitti, että piiri oli todellakin altis itseherätykselle sekä ultraäänitaajuuksilla että aliäänitaajuuksilla [70] [71] .
Matalataajuisella alueella OOS:n avoimella piirillä varustetun vahvistimen amplitudi-taajuusominaisuus muodostuu kolmesta ylipäästösuodattimesta (HPF) [72] [73] . Ensimmäisellä ja toisella HPF:llä, klassisilla RC-suodattimilla, jotka perustuvat vaiheidenvälisiin kondensaattoreihin, oli samat 6 Hz :n rajataajuudet tekijän versiossa [72] ; kolmannen HPF:n, jonka muodostavat lähtölamppujen sisäiset resistanssit (2 ... 2,5 kOhm [comm. 14] ) ja muuntajan ensiökäämin induktanssi (100 H), katkaisutaajuus oli levossa noin 3 Hz [74] . Williamsonin valitsemalla takaisinkytkentäsyvyydellä tällainen kolmen HPF:n yhdistelmä lähellä rajataajuutta on epävakaa; Sen stabiloimiseksi Williamson otti ensimmäisen ja toisen asteen anodipiireihin taajuuskorjauspiirit RC-piirit, joiden aikavakiot olivat luokkaa 200 ms, jotka toimivat myös erotustehosuodattimina [74] . Lisävakautta toi lähtömuuntajan epälineaarisuus : kun ensiökäämin vaihtovirta kasvoi, sen tehollinen induktanssi kasvoi ja ulostulon LR-suodattimen aikavakio kasvoi [23] . Kirjoittajan versio Williamsonista oli vakaa, mutta hänen vakausmarginaalinsa oli liian pieni - siksi sekä tee-se-itse- ja sarjavahvistimien valmistajat kohtasivat väistämättä itseherätystä [35] . Yksinkertaisin ratkaisu ongelmaan - edellyttäen, että käytettiin korkealaatuista lähtömuuntajaa - oli erotella portaiden välisten suodattimien rajataajuudet [35] [75] [76] esimerkiksi Haflerin "ultralineaarisessa Williamsonissa". ja Keros (1952) ne olivat 1,3 ja 6 Hz [35] [75] .
Korkeataajuisella alueella tarkka laskenta on mahdotonta johtuen vaiheinvertterivaiheen epäsymmetriasta ja ilmeisesti tuntemattomista asennuksen loiskapasitanssista ja lähtömuuntajan loisparametreista riippuen tietystä rakenteesta [74] [73] . Valitusta mallista riippuen taajuusvasteen vaimeneminen korkeilla taajuuksilla muodostuu joko neljästä [77] [35] tai viidestä [73] alipäästösuodattimesta . Williamsonin kaaviota analysoineet kirjoittajat toimivat eri rajataajuuksilla, mutta kaikissa tapauksissa vähintään kolme neljästä taajuudesta sijaitsi liian lähellä toisiaan, mikä teki niiden yhdistelmästä epävakaan [77] [35] . Tilanteen korjaamiseksi Williamson pienensi vuonna 1949 ensimmäisen vaiheen kaistanleveyttä lisätaajuudenkorjauspiirillä, mutta käytännössä tämä ei riittänyt - vakausmarginaali oli vielä pieni [77] [78] . Itsetehdyt suunnittelijat joutuivat etsimään ulospääsyä omin voimin: jotkut ohittivat lähtölamppujen suojaverkot lisäkondensaattoreilla, toiset kavensivat lähtömuuntajan kaistanleveyttä, NFB-piirijakajan kaistanleveyttä tai päinvastoin optimoivat. piirin asennus loiskapasitanssien minimoimiseksi [77] [78] .
Williamsonin vahvistin osoittautui erittäin herkäksi passiivisten komponenttien ja putkien valinnan laadulle ja tarkkuudelle. Hiili- ja koostumusvastukset olivat meluisia ja synnyttivät epälineaarista säröä; Amerikkalaiset lamput, joita käytettiin laajalti Williamsonin käyttämien L63:n ja KT66:n sijaan, eivät olleet parhaita brittiläisten lamppujen korvikkeita [81] [79] . Williamson varoitti lukijaa, että KT66:lla ei ole tarkkoja analogeja ja että sitä tulisi suosia vaihtoehtoihin verrattuna [82] .
Radioamatöörit, joille Williamson-järjestelmä oli osoitettu, eivät pystyneet itsenäisesti tunnistamaan ja korjaamaan kaikkia sen ongelma-alueita. Avometrillä aseistettu amatööri voisi "katsoa" infraäänialueelle tarkkailemalla instrumentin neulaa [81] , mutta tutkiakseen vahvistimen käyttäytymistä korkeilla taajuuksilla oskilloskooppi , jonka ylärajataajuus on vähintään 1 MHz vaadittiin [81] ... 2 [83] ; 1950-luvulla oskilloskooppi oli kuitenkin kallis, kohtuuhintainen uutuus, ja useimpien mallien kaistanleveys ei ollut tarpeeksi laaja [83] [81] .
Williamson-vahvistimen analysointiin ja jalostukseen omistettu ammattiinsinöörien artikkelit ilmestyivät suhteellisen myöhään, kun amatöörisuunnittelun aalto oli jo laantunut - vuonna 1953 [84] , 1957 [85] , 1961 [79] . Bendix Corporationin insinööri M. V. Kibert, joka rakensi ammattimaisen laboratoriovahvistimen Williamsonin kaavion mukaan, tunnisti siinä viisi vääristymislähdettä [86] :
Kibert ylisti vahvistimen ääntä, mutta varoitti lukijaa, että kaikki Williamson-piirin vaatimukset voidaan täyttää vain laboratorio-olosuhteissa [89] . Vahvistin paljastaa kykynsä vain kalliita, huolellisesti valittuja komponentteja käytettäessä, mikä oli mahdotonta tuolloisessa amatöörikäytännössä [89] . Täysin viritetty tehdasvahvistin vaatii ennemmin tai myöhemmin lähtöputkien vaihtamisen, mikä voi johtaa arvaamattomaan säröjen lisääntymiseen [89] .
Elokuusta 1947 lähtien amatööri- ja myöhemmin ammattilehdistö on julkaissut kymmeniä [90] muunnelmaa Williamson-vahvistimesta. Ensimmäiset vaihtoehdot rajoittuivat vain piirin sovittamiseen muihin tietyillä alueellisilla markkinoilla saatavilla oleviin lamppuihin. Sitten alkoivat tekijöiden julkaisut, jotka yrittivät eri tavoin parantaa alkuperäisen piirin vakautta, ja viimeistään vuonna 1950 ilmestyivät ensimmäiset projektit, jotka poikkesivat merkittävästi Williamsonin piirisuunnittelun periaatteista.
Vuonna 1950 Herbert Keros shuntti ulostuloputkien katodin kokonaisresistanssin (807 tetrodia) suuren kapasiteetin elektrolyyttikondensaattorilla , mikä Keros väitti vähentävän suuresti harmonista säröä suurella teholla [91] . David Hafler ja Keros käyttivät tätä ratkaisua, joka oli suorassa ristiriidassa Cockingin ja Williamsonin suositusten kanssa, useimmissa suunnitelmissaan; vuoteen 1956 mennessä se oli hyväksytty standardiksi [92] . Hafler itse meni vuonna 1956 vielä pidemmälle ja käytti kiinteää siirtymää "Williamsonissa" EL34 :ssä [93] . Sekä neuvostoliittolaiset että venäläiset suunnittelijat käyttivät kiinteää esisäätöä Yu. Romanyuk (versio 6C4C suoralämmitteisistä triodeista , 1965 [94] ), A. Baev (versio generaattoripentodista GU-50 , 1977 [95] [96] ) , A. Manakov (muunnos linjaskannaustetrodista 6P45S , 1990 - luku [97] ).
1950-luvun alussa suunnittelijat alkoivat aktiivisesti käyttää suurikapasiteettisia kondensaattoreita myös anodivirtapiireissä. Williamsonin käyttämät 8 µF paperikondensaattorit korvattiin 40 µF elektrolyyttikondensaattoreilla [84] , ja Wrightin vuoden 1961 vahvistimessa anti-aliasing-suodattimien kokonaiskapasitanssi ylitti 600 µF [98] . Sarjavahvistimessa Bell 2200 [comm. 15] (1953), kahden ensimmäisen asteen suora kytkentä korvattiin kapasitiivisella [99] , Stromberg-Carlson AR-425 vahvistimessa (1953), lähtöaste rakennettiin tetrodipiirin mukaan - Williamsonin nelivaiheisen topologian säilyttämisellä [100] . Vakavuuden väistämätön heikkeneminen kompensoitiin lisätaajuutta korjaavilla piireillä [101] .
Joulukuussa 1951 Hafler ja Keros alkoivat edistää niin kutsuttujen ultralineaaristen lähtöasteiden käyttöä. Tarttuvan nimen alla piilotettiin Alan Blumleinin 1930-luvulla keksimä tetrodin tai pentodin päällekytkentäjärjestelmä , jossa hyötykuorma jakautuu anodin ja seulontaverkon välillä. Ultralineaarinen vahvistin toimitti samoilla lähtöputkilla puolitoista [102] - kaksi kertaa enemmän tehoa kuin Williamsonin puhdastriodikaskadi, vertailukelpoisella särötasolla ja oli halvempi kuin puhtaat pentodevahvistimet [60] . Ensimmäinen Haflerin ja Kerosin "ultralineaarinen Williamson" tetrodiparilla 6L6 , joka oli rakennettu Williamsonin nelivaiheisen topologian mukaisesti [35] , kehitti 20 W [103] , toinen tetrodeilla 807 - 30 W [103] . . Tuntuaan Amerikan suurten kapasiteetin markkinoiden maun suunnittelijat aloittivat "kilpavarustelun"; Vuonna 1955 Hafler ja Keros tarjosivat jo itsenäisesti työskennelleet yleisölle 60 watin UMZCH:ta tetrodeilla 6550 [104] ja KT66:lla [105] .
Joten askel askeleelta, vain muutamassa vuodessa, suunnittelijat ja valmistajat vetäytyivät Williamsonin klassisesta kaavasta ja ideoista - jatkaen kuitenkin hänen nimensä käyttöä. 2000-luvun kirjallisuudessa jopa sellaisia malleja, joissa ei ole yhteistä takaisinkytkentää, kutsutaan Williamson-vahvistimiksi [106] . Williamsonin elämäkerran kirjoittajan Peter Stinsonin mukaan tämä on väärin; todellisessa Williamson-vahvistimessa on samanaikaisesti täytettävä viisi ehtoa [107] :
Haflerin ja Kerosin bisnestaidon ansiosta amerikkalaiset valmistajat ( Eico , The Fisher , Harman / Kardon , Marantz ym.) hylkäsivät yksi kerrallaan "vanhentuneet" lähtötriodit ja siirtyivät ultralineaariseen piiriin. [9] . Mullard , Ison-Britannian suurin lamppuvalmistaja ja Euroopan piirien pioneeri 1950-luvulla, kannatti julkisesti uutuutta [108] . GEC , Williamsonin entinen työnantaja, tyypillisten piirien kokoelmaansa 30 watin "ultralineaarisen Williamsonin" KT88 -putkilla . Williamsonin vahvistin, kaikista ansioistaan, hävisi kilpailun, samoin kuin Peter Walkerin ( Quad ) ja Frank McIntoshin ( McIntosh Laboratory ) [110] vaihtoehtoiset mallit . Syyskuussa 1952 Williamson ja Walker myönsivät tappionsa. Yhdessä kirjoitetussa katsausartikkelissa he totesivat, että massatuotannossa edullisempi, mutta myös lähtömuuntajan laatua vaativampi ultralineaarinen piiri on parempi [56] [111] . Williamson, josta oli jo tullut tunnustettu auktoriteetti äänitekniikassa, ei enää käsitellyt sitä [14] . Ääni oli hänelle vain harrastus, ja koko hänen työelämänsä liittyi konetekniikan ongelmiin . Hän sattui suunnittelemaan jättimäisiä jyrsinkoneita [112] , tarkkoja optisia antureita [113] , tuotantolinjoja ja numeerisia ohjausjärjestelmiä [114] ; elektroniikan historiassa Williamson pysyi yhden mallin kirjoittajana.
Vuonna 1956 suurin osa USA:n markkinoilla olevista sarjamuotoisista UMZCH:ista rakennettiin edelleen Haflerin nelivaiheisen "ultralineaarisen Williamsonin" järjestelmän mukaisesti [92] . Seuraavien vuosien aikana se myös katosi näyttämöltä: nelivaiheinen Williamson-topologia korvattiin vakaammalla ja halvemmalla kolmivaiheisella piirillä balansoidulla vaihejakajalla, joka toimi myös lähtölampun ajurina [115] . Haflerin kehittämästä kolmivaiheisesta Dynaco Stereo 70 -ultralineaarisesta vahvistimesta tuli historian massiivisin putki UMZCH [116] . Yhdysvaltain kuluttajamarkkinat olivat täynnä lukuisia, vain pienissä yksityiskohdissa eroavia, kolmivaiheisia UMZCH-malleja, joiden lähtöteho on 25 ... 30 W, ja vähemmän tehokkaiden brittiläisten vahvistimien Mullard 5-10 ja 5-20 klooneja [115] . Kaikkien näiden mallien väitettiin toimivan yhtä hyvin kuin alkuperäinen Williamson-vahvistin, kaksinkertaisella lähtöteholla ja taatulla vakaudella [115] . Tuolloin saman Haflerin ehdotuksesta vahvistui amerikkalaisten audiofiilien subjektivistinen käsitys siitä , että vahvistimen ominaisuudet eivät voi toimia sen laadun mittana, että kaiken ratkaisevat vain pätevän, koulutetun henkilön henkilökohtaiset tunteet. kuuntelija [110] .
Terveen suunnittelun näennäinen yksinkertaisuus on näennäistä. Vain harvat onnistuivat tekemään sen todella hyvin. Frank McIntosh teki loistavan vahvistimen. Williamson, Englannista, on onnistunut tekemään hienon vahvistimen. Varhaiset Leak-mallit olivat hyviä. Kaikki nämä ihmiset eivät tavoittele rahaa - heidän [pää]tavoitteensa oli soittaa musiikkia kotona. — Richard Sequerra, Marantz 10B- ja Day-Sequerra-vastaanottimien suunnittelija , 2009 [117]
Alkuperäinen teksti (englanniksi)[ näytäpiilottaa] Ajatus siitä, että ääni on yksinkertainen ja helppo tehdä, on suuri fantasia. Hyvin harvat ihmiset ovat tehneet sen todella hyvin. Mielestäni Frank McIntosh teki upean vahvistimen. [DTN] Williamson, Englannissa, teki upean vahvistimen. Jo ensimmäiset Leaksit olivat upeita. Näiden ihmisten tavoitteena ei ollut vain raha, vaan musiikin toistaminen kotiin. Tämän päivän ongelma on, että suunnittelun tavoite on voitto. Musiikki on siihen satunnaista.
Sama "Williamson", jota pidän henkilökohtaisesti edelleen [sukupolveni] parhaana ... - John Linsley Hood , 1994 [24]
Alkuperäinen teksti (englanniksi)[ näytäpiilottaa] "Williamson", jota yksityisesti pidän edelleen joukon parhaanaWilliamson ei ollut ensimmäinen suunnittelija, joka saavutti UMZCH:n korkeat objektiiviset ominaisuudet. Vuonna 1947 Isossa-Britanniassa oli jo kaksi alkuperäistä UMZCH-mallia, joiden laatu oli vertailukelpoinen. Syyskuussa 1945 Harold Leak ilmoitti julkaisevansa kolmivaiheisen, yhteisen OOS UMZCH:n peittämän Leak Point One -triodien [118] [119] [comm. 16] ; samassa 1945 Williamsonin ystävä, liikemies Peter Walker , julkaisi suunnitelman paikallisen FOS:n sisällyttämiseksi ulostulopentodien katodipiireihin palaten Alan Blumleinin sotaa edeltäviin ideoihin [121] [122] . Sekä Walker että Leek yrittivät kaupallistaa mallejaan yksin sodanjälkeisen Britannian suljetuilla, köyhillä markkinoilla; maan ulkopuolella heidän työnsä oli käytännössä tuntematonta. Williamson päinvastoin osoitti suunnitelmansa useille radioamatööreille, ja juuri tämä määräsi sen menestyksen [123] [57] .
Vuoden 1947 julkaisuissa Williamson yksilöi tarpeellisen ja riittävän valikoiman indikaattoreita, jotka kuvaavat korkeaa lisääntymisen laatua , ja asetti näille indikaattoreille realistiset, saavutettavissa olevat tavoitearvot - jotka ovat yleisesti voimassa 2000-luvulla [124] . Williamson toisaalta asetti suuntaviivat laitesuunnittelijoille, toisaalta popularisoi näiden ohjeiden tietämystä ja ymmärrystä ammattilaisten ja kuluttajien keskuudessa [124] . Williamson-vahvistimen objektiivisista ominaisuuksista tuli standardi, johon 1950-luvun suunnittelijoita ohjattiin ja joka putken aikakaudella [comm. 17] oli lähes mahdotonta voittaa [24] [125] . Williamson osoitti vakuuttavasti, että harmonista säröä voidaan vähentää tehokkaasti käyttämällä syvää takaisinkytkentää korkealaatuisen lähtömuuntajan kanssa [126] . Hän onnistui luomaan täydellisen roolimallin, joka kesti alan siirtymiseen asti transistoreihin; Transistorisoidun UMZCH:n luominen, joka pystyy kilpailemaan tasavertaisesti Williamson-vahvistimen kanssa, kesti puolitoista vuosikymmentä. Suunnittelijat pystyivät voittamaan 1960-luvun laitteille ominaisen dissonantin " transistoriäänen " vasta 1970-luvun puolivälissä [127] .