El amplificador Williamson es un amplificador de potencia de audiofrecuencia de válvulas (UMZCH) de cuatro etapas push- pull , desarrollado durante la Segunda Guerra Mundial por Theo Williamson . Con una potencia de salida modesta de 15 W y una eficiencia baja, incluso para los estándares de los equipos de válvulas , el amplificador Williamson se diferenciaba del UMZCH de la competencia por un bajo nivel de distorsión no lineal y de intermodulación , una respuesta de amplitud-frecuencia uniforme en el toda la gama de frecuencias de audio y la amortiguación efectiva de los sistemas acústicos (factor de amortiguación alto ( Damping factor )). Publicado en 1947 y destinado a ser repetido por los radioaficionados, el diseño estableció el estándar para la reproducción de sonido de alta fidelidad y se convirtió en un modelo para los circuitos de válvulas a fines de las décadas de 1940 y 1950 [1] [2] .
Esquemáticamente, el amplificador Williamson repetía el circuito de "amplificador de alta calidad" de Cocking , conocido desde 1934 , complementado con un circuito de retroalimentación negativa común (CNF) y una etapa de entrada de amplificación de error . Las altas características del amplificador fueron proporcionadas por profundo OOS , conmutación de triodo de tetrodos de haz de salida , modos de operación de lámpara seleccionados de forma conservadora y el uso de un transformador de salida con un ancho de banda inusualmente amplio para su época .
La otra cara de las ventajas del amplificador Williamson era la calidad exigente de los componentes utilizados y la tendencia a la autoexcitación en frecuencias infrasónicas y ultrasónicas . El margen de estabilidad del amplificador era demasiado pequeño y era casi imposible aumentarlo en el marco de un esquema de cuatro etapas. Los diseñadores de la década de 1950 crearon muchas versiones mejoradas del amplificador Williamson , pero no pudieron corregir sus fallas fundamentales. A mediados de la década de 1950, los fabricantes de UMZCH en serie abandonaron el circuito de Williamson en favor de etapas de salida ultralineales más potentes y circuitos de tres etapas más estables .
En 1925, Edward Kellogg publicó el primer método práctico para calcular las etapas de salida de UMZCH en triodos y su justificación teórica [4] . Según Kellogg, el nivel permisible de distorsión no lineal en el UMZCH podría alcanzar el 5%, siempre que el nivel de distorsión aumente suavemente y su espectro contenga principalmente los armónicos más bajos de la señal amplificada [4] . El límite propuesto por Kellogg se convirtió en el estándar de facto para los diseñadores del período de entreguerras [4] . El principal cliente y consumidor de la UMZCH más poderosa en ese momento era el cine sonoro [4] ; Los distribuidores estaban completamente satisfechos con los primitivos amplificadores push-pull basados en triodos de calentamiento directo con conexiones entre etapas del transformador, operando en el modo económico B [4] . Las máquinas de sonido de triodo 300A y 300B de primera línea de Western Electric eran raras y también se mantuvieron dentro del estándar del 5% [4] .
A principios de la década de 1930, los diseñadores de las compañías RCA y Western Electric lograron mejorar muchas veces las características de las rutas de reproducción del sonido y alcanzaron un nivel de alta fidelidad en condiciones de laboratorio , pero estos desarrollos no entraron en serie [5] . La Gran Depresión , la Segunda Guerra Mundial y el auge de la televisión en la posguerra retrasaron durante mucho tiempo la introducción de nuevas tecnologías [5] . A mediados de la década de 1930, entre los profesionales, se estableció la opinión de que la mejora de los amplificadores y los sistemas acústicos no era conveniente hasta que nuevos soportes de sonido de alta calidad reemplazaran a los fonogramas ópticos y los discos de goma laca [6] .
El desarrollo de equipos en serie se detuvo y los radioaficionados, insatisfechos con su calidad, intentaron lograr una alta fidelidad por su cuenta. Los estadounidenses experimentaron con etapas de salida en los últimos tetrodos de haz . Los australianos preferían los circuitos de triodo push-pull tradicionales con transformadores entre etapas complejos y costosos [7] . La escuela británica de diseñadores, dirigida por Walter Cocking, gravitó hacia los amplificadores de triodo push-pull en modo A con acoplamiento entre etapas capacitivo [4] [8] . Los transformadores entre etapas se consideraban indeseables, ya que reducían el ancho de banda y empeoraban la respuesta transitoria del amplificador en la región de frecuencia más alta [4] . Los tetrodos y pentodos fueron rechazados porque introdujeron más distorsión no lineal en la señal y tenían más resistencia interna que los triodos, lo que exacerbaba la resonancia principal de los altavoces [4] [9] . El diseñador de UMZCH, argumentó Cocking, debe minimizar simultáneamente las distorsiones de frecuencia , fase y amplitud de la señal [4] [10] .
En 1934, Cocking publicó el primer borrador de su "amplificador de alta calidad" ( inglés: Wireless World Quality Amplifier ). Sin usar una retroalimentación común , Cocking logró llevar el coeficiente de distorsión no lineal del UMZCH al 2 ... 3%; Los circuitos NFB, que cubren las etapas de salida y presalida (pero no el transformador de salida), aparecieron en sus obras solo en 1943, en el "amplificador de tiempo de guerra" [comm. 1] en tetrodos de haz americano 6V6 [12] [comm. 2] . Extremadamente exitoso para su época, el UMZCH de Cocking se convirtió en el progenitor de todos los circuitos de sonido británicos de la era de las válvulas, incluido el amplificador Williamson [4] .
En 1939, Theo Williamson, de dieciséis años, montó su primer amplificador push-pull [13] . En el mismo año, Williamson ingresó a la Universidad de Edimburgo , y en la primavera de 1943, en el punto álgido de la guerra , Theo, de veinte años, reprobó el examen de matemáticas y fue expulsado del tercer año por bajo progreso . [14] . Un intento de conseguir un trabajo en el Instituto secreto de Comunicaciones de Largo Alcance , que desarrollaba estaciones de radar , resultó ser un fracaso: el director de personal del instituto , C.P. Snow , consideró al candidato incapaz de realizar trabajos de investigación [ 14] . Físicamente débil, enfermo de tuberculosis desde la infancia , Williamson no fue reclutado en el ejército activo [15] , y las autoridades militares le encontraron un trabajo como probador de tubos de radio en Marconi-Osram Valve [16] [ 14] . El desarrollo y producción de lámparas Williamson no fue atractivo; en abril de 1944 se traslada al laboratorio de circuitos Marconi [14] . Con el conocimiento del jefe del laboratorio, Williamson trabajó en sus propios proyectos amateurs en el desarrollo de amplificadores y pastillas en su tiempo libre ; aquí durante 1944 creó el amplificador, que recibió su nombre [14] .
Siguiendo las ideas de Cocking [1] , Williamson construyó su propio sistema de requisitos mucho más estricto para UMZCH:
Después de analizar las configuraciones conocidas de las etapas de salida, Williamson, siguiendo a Cocking [8] , llegó a la conclusión de que solo una etapa de salida push-pull en triodos que funcionan en modo A [20] [1] satisface este requisito . En este caso, a diferencia del esquema Cocking, el amplificador debe estar cubierto por un OOS total con una profundidad de 20 ... 30 dB [20] [1] . Típico para todos los circuitos con retroalimentación profunda [21] limitación fuerte de la señal de salida cuando la señal de entrada alcanza el "techo" [comm. 3] Williamson no se avergonzó. Por el contrario, escribió, se debe luchar por esto para linealizar la característica de transferencia a potencias medias y altas [19] . La característica de recorte suave del " sonido de tubo " [21] fue considerada indeseable por Williamson [19] .
Según la teoría , se garantizaría la estabilidad de un amplificador con las características dadas por Williamson cuando el ancho de banda de su transformador fuera de al menos 2,5... 160.000 Hz [22] . Al darse cuenta de la dificultad de crear un transformador de banda ancha de este tipo, Williamson se vio obligado a reducir el margen de estabilidad; según sus cálculos, el amplificador se mantendría estable incluso cuando el ancho de banda del transformador fuera de "solo" 3,3... 60000 Hz con un desfase de no más de 90° [3] [1] . Cuando se utilizan lámparas de salida con resistencia interna baja (2 ... 2,5 kΩ), la inductancia [comm. 4] el devanado primario de dicho transformador debería haber sido de al menos 100 H , y la inductancia de fuga - no más de 33 mH cada uno [3] . La gran mayoría de los transformadores de salida de esa época no cumplían con estos requisitos; Los transformadores Williamson resultaron ser mucho más masivos, más complejos y más caros que los convencionales [24] y, al mismo tiempo, solo proporcionaban un margen de seguridad apenas suficiente [25] . Un mayor margen de seguridad, escribió Williamson, solo podía lograrse multiplicando la inductancia del devanado primario, lo que era prácticamente inalcanzable en la década de 1940 [25] .
A partir de un escaso conjunto de lámparas de guerra, el triodo de filamento directo PX25 cumplió con los requisitos de Williamson [comm. 5] y un tetrodo de haz de calentamiento indirecto KT66 en una inclusión de triodo [27] . La primera muestra de su amplificador Williamson ensamblada en el conocido, producido desde 1932 [26] PX25 [28] . Las lámparas de esta generación ya se consideraban obsoletas; a fines de la década de 1930, fueron reemplazados por tetrodos de haz más económicos, pero menos armoniosos [28] . En la segunda muestra del amplificador, Williamson usó tetrodos de haz KT66; después de modificaciones menores, logró lograr el mismo alto rendimiento del KT66 incluido en el modo triodo [28] . Las distorsiones no lineales del amplificador en un par de KT66 no superaron el 0,1 %, la potencia de salida alcanzó los 20 W [28] [comm. 6] .
A fines de 1944, los experimentos de Williamson interesaron a los ejecutivos técnicos de Marconi y la compañía discográfica Decca . El primero proporcionó a Williamson equipo de laboratorio, el segundo proporcionó prototipos únicos de registros grabados utilizando el último sistema de banda ancha Decca ffrr [30] . Las grabaciones de prueba, que eran de calidad superior a todos los portadores de sonido disponibles en ese momento, ayudaron a Williamson a ajustar el amplificador y finalmente lo convencieron de la corrección del enfoque elegido [28] . Pero ni Marconi ni su socio comercial GEC [comm. 7] no iban a producir en masa el amplificador Williamson; todo se limitaba a informes para uso oficial [30] [14] [31] . El diseño, adelantado a su tiempo, no interesaba ni siquiera a los abogados de la empresa: no había nada en él que pudiera merecer una patente [28] . Williamson solo reunió soluciones técnicas conocidas desde hace mucho tiempo [1] .
El amplificador Williamson es un tubo triodo push-pull de cuatro etapas construido alrededor de un transformador de salida de banda ancha de alta calidad [34] . La segunda ( divisor de fase en el triodo V1B), la tercera ( controlador de presalida, V2A y V2B) y la cuarta (salida, V3 y V4) etapas repiten el circuito amplificador Cocking. Una etapa adicional de entrada de triodo V1A ( amplificador de error ) compensa la pérdida de ganancia introducida por la retroalimentación común [35] .
El ánodo de la etapa de entrada y la rejilla del inversor de fase están conectados galvánicamente entre sí; esta solución, conocida desde 1940, todavía era rara en 1947 [36] . Los diseñadores estadounidenses lo percibieron como una novedad a principios de la década de 1950 [36] [37] . El inversor de fase, el controlador y la etapa de salida están conectados mediante acoplamientos capacitivos . Esforzándose por la máxima linealización posible de cada etapa, Williamson (como Cocking) fundamentalmente no usó capacitores en circuitos catódicos [38] . No hay condensadores electrolíticos en el circuito original: el filtro de suavizado de la fuente de alimentación está hecho de bobinas y condensadores de papel de pequeña capacidad [38] .
El punto de operación de cada etapa está optimizado para un mínimo de distorsión no lineal con suficiente margen de sobrecarga [35] . Etapa de salida polarizada al modo A puro ; en la práctica, generalmente se construía sobre lámparas blindadas en una conexión de triodo. Al usar lámparas KT66 u 807, la potencia de salida del amplificador con una fuente de alimentación estándar fue de 15 vatios. Para lograr potencias más altas, escribió Williamson, es necesario utilizar una etapa de salida con lámparas conectadas en paralelo; en un artículo de 1947, mencionó la construcción de un modelo experimental de setenta vatios, pero no proporcionó detalles de este diseño [39] .
El circuito de retroalimentación negativa abarca las cuatro etapas y el transformador de salida, que, según los autores del Manual de ingeniería de radio estadounidense de 1959 , fue " una dura prueba de diseño ", que Williamson superó magistralmente [40] . La profundidad de retroalimentación es de 20 dB; Williamson creía que la profundidad del FOS se podía llevar fácilmente a 30 dB [41] , pero no veía ningún sentido práctico en esto [42] .
El divisor de voltaje de retroalimentación está conectado directamente al devanado secundario del transformador, por lo que la profundidad real de la retroalimentación depende de la resistencia de la carga. Para que sea de los 20 dB requeridos, la resistencia del brazo superior del divisor debe ajustarse a la resistencia de la carga [41] . El divisor de voltaje es puramente resistivo , sin enlaces dependientes de la frecuencia. Desviar el divisor con un capacitor, escribió Williamson, solo podría ser práctico si se usara un transformador de mala calidad; si el transformador cumple con la especificación de Williamson, entonces el capacitor en el circuito CFO es inútil [43] . Todos los circuitos de corrección de frecuencia del amplificador se concentran en las dos primeras etapas. Los filtros RC de la fuente de alimentación del ánodo de estas cascadas corrigen simultáneamente la respuesta de frecuencia en la región de frecuencias infra-bajas. El filtro RC de ánodo de primera etapa, introducido por Williamson en 1949, estrecha el ancho de banda del amplificador desde arriba, evitando la autoexcitación a frecuencias ultrasónicas [1] .
Según el propio Williamson, la potencia de salida nominal de su amplificador de 1947 era de 15 vatios [39] . El coeficiente de distorsión no lineal (THD) de una señal sinusoidal con una frecuencia de 400 Hz a una potencia nominal de salida no superó el 0,1% [39] , el factor de amortiguamiento fue de aproximadamente 30 (impedancia de salida de 0,5 ohmios a una resistencia de carga nominal de 15 ohmios) [39] . La irregularidad de la respuesta de frecuencia en el rango de frecuencia 10…20000 Hz no superó ± 0,1 Hz; en la región ultrasónica, se observó una disminución notable en la respuesta de frecuencia (-2,6 dB) solo en la frecuencia resonante del transformador (alrededor de 60 kHz) [39] . La dependencia de SOI de la frecuencia de la señal y la composición armónica de las distorsiones no lineales no se revelaron en los trabajos de Williamson; la dependencia de SOI en el nivel de la señal se describe sólo cualitativamente [39] . La distorsión de intermodulación del amplificador , escribió Williamson, no fue detectada por el equipo disponible para él y no fue audible [39] .
En el trabajo de Astor y Langford-Smith 1947 [44] se proporcionaron resultados de medición más detallados, tanto en una carga ficticia puramente activa como cuando se conecta un altavoz real en una caja con reflejo de graves . Según los australianos que utilizan válvulas 807 con la misma potencia de salida nominal de 15 ... 16 W en la etapa de salida, la ganancia del amplificador se mantuvo sin cambios hasta una potencia de salida de 11,1 W; con un NFB de bucle abierto, comenzó una suave disminución de la ganancia a una potencia de salida de 7 W [45] . En el espectro de distorsión de la señal de 400 Hz, dominaron los armónicos tercero y quinto, con una participación significativa (pero imperceptible al oído) del segundo armónico [45] . A una potencia de salida de 0...3 W, no se detectaron armónicos impares; a una potencia de salida de 4...10 W, solo se detectó el tercer armónico (0,01...0,015%) [45] . Alrededor de 11 W, comenzó un fuerte aumento en el nivel de los armónicos pares e impares, hasta un 1,5 % en total con una potencia de salida de 17 W [45] . De acuerdo exactamente con la teoría, las frecuencias cercanas a la resonancia principal del altavoz (45 Hz) y las que se encuentran debajo de ella eran las más susceptibles a la distorsión; a frecuencias de 100…1000 Hz, las distorsiones eran mínimas y por encima de 1 kHz aumentaban gradualmente [45] .
En febrero de 1946, Williamson, que ya no estaba sujeto a las obligaciones de la guerra, dejó Marconi y se fue a trabajar para la sucursal de Ferranti en Edimburgo [47] . Unos meses más tarde, su informe olvidado llamó la atención del departamento de ventas de Marconi [48] [14] . Los empresarios que buscaban nuevas formas de promover los tubos en el mercado civil enviaron el informe de Williamson para su publicación en la popular revista Wireless World el editor en jefe, que conocía a Williamson por su trabajo anterior, se puso en contacto con el diseñador y le encargó un artículo completo y detallado [48] [14] . Por razones desconocidas, la publicación acordada durante 1946 se retrasó varias veces; El artículo de Williamson no apareció hasta la edición de abril de 1947 de Wireless World [48] [14] .
Para sorpresa de todos los implicados, la novedad fue un éxito extraordinario [1] . La publicación coincidió con la reanudación de la transmisión televisiva , el lanzamiento de los primeros discos de banda ancha [comm. 8] , las primeras publicaciones sobre grabadoras alemanas capturadas y el comienzo de la radiodifusión de frecuencia modulada [comm. 9] ; pronto comenzó y el lanzamiento de discos de larga duración . Las características del mejor ULF disponible en 1947 ( ancho de banda de unos 40...10000 Hz con THD de unos 1...2%) no permitían revelar el potencial de los nuevos formatos; en el mercado de consumo, aún existía una demanda insatisfecha de equipamiento doméstico de alta fidelidad [50] . Al mismo tiempo, una gran cantidad de componentes electrónicos baratos de almacenes militares ingresaron al mercado civil, incluidos los poderosos tetrodos 6L6 y 807 [51] . Miles de aficionados comenzaron a copiar el diseño de Williamson; en respuesta a sus solicitudes, los fabricantes de transformadores y chasis comenzaron a producir componentes en masa según las especificaciones de Williamson [52] .
Ya en agosto-septiembre de 1947, los australianos Astor y Langford-Smith adaptaron el circuito de Williamson para el triodo doble 6SN7 y el tetrodo de haz de salida 807, y un poco más tarde, para el tetrodo de haz 6L6 [53] . Las revistas británicas y australianas otorgaron al circuito por unanimidad calificaciones excelentes: "este es el mejor amplificador que hemos probado, por un amplio margen [de los análogos]" [54] , "un amplificador que enterrará a todos los demás amplificadores" [46] , " el pináculo absoluto de la música de reproducción natural" [55] y así sucesivamente. Los estadounidenses aceptaron la novedad con un retraso de dos años: los primeros artículos detallados e igualmente entusiastas sobre el amplificador Williamson aparecieron en los EE. UU. solo en la segunda mitad de 1949 [56] [55] [37] . A finales de 1949, el esquema de Williamson ya se había convertido en el modelo a seguir reconocido en el que se basaban todos los diseños de retroalimentación generales derivados [1] . Las empresas estadounidenses no solo adaptaron el circuito para adaptarlo a los componentes disponibles en los EE. UU., sino que también comenzaron a importar válvulas KT66 británicas y transformadores Williamson, estableciendo así el mercado estadounidense para el Hi-Fi británico [52] .
El alcance de la "creatividad" amateur y la abundancia de publicaciones dirigidas a los aficionados tenían una explicación económica simple [57] . El equipo de fábrica de los primeros años de la posguerra era demasiado caro; el autoensamblaje del amplificador ahorró una cantidad significativa [57] . Se estima que el número de amplificadores Williamson caseros es de al menos cientos de miles de copias [14] ; en la década de 1950 dominaron absolutamente la práctica amateur en los países de habla inglesa [58] . El momento del sonido estereofónico aún no ha llegado: casi todos los amplificadores caseros supervivientes son monofónicos, cada uno de ellos se diferencia de sus homólogos en pequeños detalles, la calidad de construcción suele ser inferior a la de los productos en serie [58] . En el siglo XXI, los amplificadores caseros de la década de 1950 se ofrecen regularmente a la venta en subastas en línea, pero es muy difícil combinarlos en un par estéreo [58] .
La producción en fábrica, hasta ahora a pequeña escala, comenzó en el Reino Unido en febrero de 1948; la primera firma importante, Rogers, anunció el lanzamiento del amplificador Williamson en octubre de 1948 [59] . A principios de la década de 1950, el esquema de Williamson dominaba absolutamente la producción industrial a ambos lados del Atlántico [60] ; Según John Freeborn, columnista de la revista estadounidense Radio-Electronics , los diseñadores y fabricantes profesionales de esa época solo tenían dos opciones: "seguir a Williamson o superarlo" [61] .
Los primeros experimentos de hágalo usted mismo revelaron las "enfermedades congénitas" del nuevo esquema. El margen de estabilidad establecido por el diseñador era demasiado pequeño: los amplificadores ensamblados, al parecer, en estricta conformidad con la receta del autor, continuamente autoexcitados [comm. 10] . En 1947, Astor y Langford-Smith, al otorgar calificaciones excelentes al amplificador Williamson, informaron que "... conectando un altavoz a la salida, descubrimos que con una señal [útil] de baja frecuencia suficientemente grande, las oscilaciones no amortiguadas con un frecuencia de alrededor de 60 kHz se producen en la salida, acompañadas de fluctuaciones pulsantes en alguna otra frecuencia ( ing. alguna otra frecuencia )" [33] [comm. 11] . Los australianos suprimieron las oscilaciones de alta frecuencia desviando las rejillas de protección de las lámparas de salida con pequeños condensadores; descubra la naturaleza de "otras" vibraciones, a pesar de los equipos de laboratorio de primera clase [comm. 12] - fallaron [33] .
Los especialistas del Laboratorio de la Marina de los EE. UU. , que probaron siete amplificadores Williamson en serie diferentes [comm. 13] , encontró que todos ellos se autoexcitaban a frecuencias del orden de 2...3 Hz [66] . Reemplazar los transformadores de salida solo cambió el comportamiento del amplificador en frecuencias medias y altas; las mejores muestras mostraron una respuesta de frecuencia perfectamente suave de 10 Hz a 100 kHz, pero también "pulsaron" en frecuencias subsónicas [67] . En las peores muestras, los militares observaron un "rebote" resonante que no se convirtió en autoexcitación y en frecuencias ultrasónicas . Algunos transformadores "sonaban" a frecuencias relativamente bajas de 30...50 kHz, en otros el espectro de resonancia se extendía hasta 500...700 kHz [68] . En los diseños de aficionados construidos alrededor de transformadores de salida "convencionales", la autoexcitación de alta frecuencia era inevitable y solo podía suprimirse mediante una reducción aproximada del ancho de banda . La escala del desastre en la práctica amateur no se conoce con certeza: los editores de Wireless World no publicaron cartas de los lectores, sino que se las enviaron al propio Williamson.
Habiendo recibido la aprobación de la gerencia de Ferranti, suspendió el trabajo principal por un tiempo y volvió a afinar el amplificador; el resultado de este trabajo fue la segunda serie de artículos en Wireless World, publicados en agosto de 1949-enero de 1950 [69] . Los cambios en el circuito en sí fueron mínimos: Williamson solo agregó un circuito de ecualización RC a la etapa de entrada; la mayoría de sus artículos en 1949 estaban dedicados a las complejidades de la instalación y depuración [69] [1] . Un análisis independiente de la estabilidad del amplificador Williamson, publicado en diciembre de 1950, mostró que el circuito era propenso a la autoexcitación tanto en frecuencias ultrasónicas como subsónicas [70] [71] .
En la región de bajas frecuencias, la característica de amplitud-frecuencia del amplificador con circuito abierto del OOS está formada por tres filtros de paso alto (HPF) [72] [73] . El primer y segundo HPF, filtros RC clásicos basados en condensadores entre etapas, tenían las mismas frecuencias de corte de 6 Hz en la versión del autor [72] ; el tercer HPF, formado por las resistencias internas de las lámparas de salida (2 ... 2,5 kOhm [com. 14] ) y la inductancia del devanado primario del transformador (100 H), en reposo tenía una frecuencia de corte de alrededor de 3 Hz [74] . Con la profundidad de retroalimentación elegida por Williamson, tal combinación de tres HPF con frecuencias de corte cercanas es inestable; para estabilizarlo, Williamson introdujo circuitos RC de corrección de frecuencia con constantes de tiempo del orden de 200 ms en los circuitos de ánodo de la primera y segunda etapa, que también servían como filtros de potencia de desacoplamiento [74] . La no linealidad del transformador de salida proporcionó una estabilización adicional : a medida que aumentaba la corriente alterna en el devanado primario, aumentaba su inductancia efectiva y aumentaba la constante de tiempo del filtro LR de salida [23] . La versión del autor de Williamson era estable, pero su margen de estabilidad era demasiado pequeño; por lo tanto, tanto los aficionados al bricolaje como los fabricantes de amplificadores en serie se enfrentaron inevitablemente a la autoexcitación [35] . La solución más simple al problema, siempre que se usara un transformador de salida de alta calidad, era separar las frecuencias de corte de los filtros entre etapas [35] [75] [76] , por ejemplo, en el "Williamson ultralineal" de Hafler. y Keros (1952) fueron 1,3 y 6 Hz [35] [75] .
En la región de alta frecuencia, es imposible realizar un cálculo preciso debido a la asimetría de la etapa del inversor de fase y las capacitancias parásitas obviamente desconocidas de la instalación y los parámetros parásitos del transformador de salida , dependiendo del diseño específico [74] [73] . Según el modelo elegido, la caída de la respuesta de frecuencia en frecuencias altas está formada por cuatro [77] [35] o cinco [73] filtros de paso bajo . Los autores que analizaron el esquema de Williamson operaron con diferentes frecuencias de corte, pero en todos los casos al menos tres de las cuatro frecuencias estaban ubicadas demasiado cerca unas de otras, lo que hacía inestable su combinación [77] [35] . Para corregir la situación, en 1949 Williamson redujo el ancho de banda de la primera etapa con un circuito de corrección de frecuencia adicional, pero en la práctica esto no fue suficiente: el margen de estabilidad aún era pequeño [77] [78] . Los diseñadores hechos a sí mismos tuvieron que buscar una salida por su cuenta: algunos desviaron las rejillas de apantallamiento de las lámparas de salida con condensadores adicionales, otros redujeron el ancho de banda del transformador de salida, el ancho de banda del divisor de circuito NFB o, por el contrario, optimizaron la instalación del circuito para minimizar las capacidades parásitas [77] [78] .
El amplificador Williamson resultó ser extremadamente sensible a la calidad y precisión de la selección de válvulas y componentes pasivos. Las resistencias de carbono y de composición eran ruidosas y generaban una distorsión no lineal; Las lámparas de la serie estadounidense, ampliamente utilizadas en lugar de las L63 y KT66 utilizadas por Williamson, no fueron los mejores reemplazos para las lámparas británicas [81] [79] . Williamson advirtió al lector que el KT66 no tiene análogos exactos y que debería preferirse a cualquier alternativa [82] .
Los radioaficionados, a quienes se dirigió el esquema de Williamson, no pudieron identificar y corregir de forma independiente todas sus áreas problemáticas. Armado con un avómetro, un aficionado podría "mirar" la región del infrasonido observando la aguja del instrumento [81] , pero para investigar el comportamiento del amplificador a altas frecuencias, un osciloscopio con una frecuencia de corte superior de al menos se requería 1 MHz [81] ... 2 [83] ; en la década de 1950, sin embargo, el osciloscopio era una novedad costosa e inasequible, y el ancho de banda de la mayoría de los modelos no era lo suficientemente amplio [83] [81] .
Los artículos de ingenieros profesionales dedicados al análisis y refinamiento del amplificador Williamson aparecieron relativamente tarde, cuando la ola de diseño amateur ya había disminuido: en 1953 [84] , 1957 [85] , 1961 [79] . El ingeniero de Bendix Corporation , M. V. Kibert, que construyó un amplificador de laboratorio profesional según el esquema de Williamson, identificó cinco fuentes de distorsión en él [86] :
Kibert elogió el sonido del amplificador, pero advirtió al lector que todos los requisitos del circuito de Williamson solo pueden cumplirse en condiciones de laboratorio [89] . El amplificador revela sus capacidades solo cuando se utilizan componentes caros y cuidadosamente seleccionados, lo que era imposible en la práctica amateur de la época [89] . Un amplificador de fábrica perfectamente sintonizado tarde o temprano requerirá el reemplazo de los tubos de salida, lo que puede conducir a un aumento impredecible de la distorsión [89] .
Desde agosto de 1947, la prensa amateur y más tarde profesional ha publicado docenas [90] de variaciones del amplificador Williamson. Las primeras opciones se limitaban únicamente a adaptar el circuito a otras lámparas disponibles en un mercado regional particular. Luego comenzaron las publicaciones de autores que intentaron de varias maneras mejorar la estabilidad del circuito original y, a más tardar en 1950, aparecieron los primeros proyectos que se desviaron significativamente de los principios de diseño de circuitos de Williamson.
En 1950, Herbert Keros desvió la resistencia catódica total de los tubos de salida (807 tetrodos) con un capacitor electrolítico de alta capacidad que, según Keros, redujo en gran medida la distorsión armónica a alta potencia [91] . David Hafler y Keros utilizaron esta solución, en conflicto directo con las recomendaciones de Cocking y Williamson, en la mayoría de sus diseños; en 1956 se había aceptado como estándar [92] . El mismo Hafler en 1956 fue aún más lejos y utilizó un desplazamiento fijo en su "Williamson" en el EL34 [93] . Los diseñadores rusos y soviéticos Yu. Romanyuk (versión en triodos de calentamiento directo 6C4C , 1965 [94] ), A. Baev (versión en el pentodo generador GU-50 , 1977 [95] [96] ) utilizaron un sesgo fijo. , A. Manakov (variante de un tetrodo de exploración lineal 6P45S , década de 1990 [97] ).
A principios de la década de 1950, los diseñadores también comenzaron a utilizar activamente condensadores de alta capacidad en los circuitos de alimentación de ánodos. Los capacitores de papel de 8 µF usados por Williamson fueron reemplazados por capacitores electrolíticos de 40 µF [84] , y en el amplificador de Wright de 1961, la capacitancia total de los filtros antisolapamiento excedía los 600 µF [98] . En el amplificador serial Bell 2200 [comm. 15] (1953), se sustituyó la conexión directa de las dos primeras etapas por una capacitiva [99] , en el amplificador Stromberg-Carlson AR-425 (1953), la etapa de salida se construyó según un circuito tetrodo - con la preservación de la topología de cuatro etapas de Williamson [100] . El inevitable deterioro de la estabilidad se compensó con circuitos correctores de frecuencia adicionales [101] .
En diciembre de 1951, Hafler y Keros comenzaron a promover el uso de las llamadas etapas de salida ultralineales . Bajo el pegadizo nombre, se ocultaba un esquema para encender un tetrodo o pentodo, inventado en la década de 1930 por Alan Blumlein , con la distribución de la carga útil entre el ánodo y la rejilla de cribado. Con las mismas válvulas de salida, el amplificador ultralineal entregó una potencia y media [102] , dos veces más que una cascada de triodo puro de Williamson, con un nivel comparable de distorsión, y era más económico que los amplificadores de pentodo puro [60] . El primer "Williamson ultralineal" de Hafler y Keros sobre un par de tetrodos 6L6 , construido según la topología de cuatro etapas de Williamson [35] , desarrolló 20 W [103] , el segundo, sobre tetrodos 807 - 30 W [103] . Habiendo sentido el gusto del mercado estadounidense por las grandes capacidades, los diseñadores lanzaron una "carrera armamentista"; en 1955, ya trabajando de forma independiente, Hafler y Keros ofrecieron al público UMZCH de 60 vatios en tetrodos 6550 [104] y en gemelos KT66 [105] .
Entonces, paso a paso, en solo unos años, los diseñadores y fabricantes se retiraron del esquema y las ideas clásicas de Williamson, sin embargo, continuaron usando su nombre. En la literatura del siglo XXI, incluso los diseños sin retroalimentación común se denominan amplificadores Williamson [106] . Según el biógrafo de Williamson, Peter Stinson, esto es incorrecto; en un amplificador Williamson real, se deben cumplir simultáneamente cinco condiciones [107] :
Gracias a la perspicacia empresarial de Hafler y Keros, los fabricantes estadounidenses ( Eico , The Fisher , Harman/Kardon , Marantz y otros) abandonaron uno a uno los triodos de salida "obsoletos" y cambiaron a un circuito ultralineal. [9] . Mullard , el mayor fabricante de lámparas de Gran Bretaña y pionero de los circuitos europeos en la década de 1950, respaldó públicamente la novedad [108] . GEC , el antiguo empleador de Williamson, incluyó un "Williamson ultralineal" de 30 vatios con válvulas KT88 su colección de circuitos típicos . El amplificador Williamson, con todos sus méritos, perdió la competencia, al igual que los diseños alternativos de Peter Walker ( Quad ) y Frank McIntosh ( McIntosh Laboratory ) [110] . En septiembre de 1952, Williamson y Walker admitieron la derrota. En un artículo de revisión escrito conjuntamente, concluyeron que en la producción en masa, es preferible un circuito ultralineal más económico, pero también más exigente con la calidad del transformador de salida [56] [111] . Williamson, que ya se había convertido en una autoridad reconocida en tecnología de sonido, ya no se ocupó de ello [14] . Para él, el sonido era solo un pasatiempo, y toda su vida profesional estuvo relacionada con los problemas de la ingeniería mecánica . Pasó a diseñar fresadoras gigantes [112] , sensores ópticos de precisión [113] , líneas de producción y sistemas de control numérico [114] ; en la historia de la electrónica, Williamson siguió siendo el autor de un solo diseño.
En 1956, la mayoría de los UMZCH en serie en el mercado estadounidense todavía se construían de acuerdo con el esquema "ultralineal de Williamson" de cuatro etapas de Hafler [92] . En los años siguientes, también desapareció de la escena: la topología Williamson de cuatro etapas fue reemplazada por un circuito de tres etapas más estable y económico con un divisor de fase balanceado, que también servía como controlador de lámpara de salida [115] . El amplificador ultralineal de tres etapas Dynaco Stereo 70 desarrollado por Hafler se convirtió en el UMZCH de válvulas más masivo de la historia [116] . El mercado de consumo de EE. UU. se llenó de numerosos modelos de UMZCH de tres etapas con una potencia de salida de 25 ... 30 W, que difieren solo en pequeños detalles, y clones de amplificadores británicos menos potentes Mullard 5-10 y 5-20 [115] . Se afirmó que todos estos modelos funcionaban tan bien como el amplificador Williamson original, con el doble de potencia de salida y estabilidad garantizada [115] . Fue entonces, por sugerencia del mismo Hafler, que se hizo más fuerte entre los audiófilos estadounidenses la opinión subjetivista de que las características de un amplificador no pueden servir como medida de su calidad, que todo se decide únicamente por los sentimientos personales de un calificado, entrenado oyente [110] .
La aparente simplicidad del diseño de ingeniería de sonido es ilusoria. Sólo unos pocos lograron hacerlo realmente bien. Frank McIntosh hizo un gran amplificador. Williamson, de Inglaterra, ha logrado hacer un buen amplificador. Los primeros modelos de fugas eran buenos. Todas estas personas no perseguían dinero: su objetivo [principal] era tocar música en casa. — Richard Sequerra, diseñador de los receptores Marantz 10B y Day-Sequerra , 2009 [117]
Texto original (inglés)[ mostrarocultar] La idea de que el audio es simple y fácil de hacer es una gran fantasía. Hay muy pocas personas que lo han hecho realmente bien. Creo que Frank McIntosh hizo un amplificador maravilloso. [DTN] Williamson, en Inglaterra, hizo un amplificador maravilloso. Incluso los primeros Leaks fueron maravillosos. El objeto de estas personas no era solo el dinero, sino reproducir música para el hogar. El problema hoy es que la ganancia es el objetivo del diseño. La música es incidental a ella.
El mismo "Williamson", a quien personalmente sigo considerando el mejor de mi [generación]... - John Linsley Hood , 1994 [24]
Texto original (inglés)[ mostrarocultar] El 'Williamson' que en privado sigo pensando que es el mejor del grupoWilliamson no fue el primer diseñador en lograr características de alto objetivo del UMZCH. En 1947, ya existían en el Reino Unido dos diseños originales de UMZCH de calidad comparable. En septiembre de 1945, Harold Leak anunció el lanzamiento de un triodo de tres etapas, cubierto por un OOS UMZCH común en Leak Point One [118] [119] [comm. 16] ; en el mismo 1945, el amigo de Williamson, el hombre de negocios Peter Walker , publicó un esquema para incluir FOS locales en los circuitos de cátodos de pentodos de salida , remontándose a las ideas de antes de la guerra de Alan Blumlein [121] [122] . Tanto Walker como Leek intentaron comercializar sus diseños por su cuenta en el mercado pobre y cerrado de la Gran Bretaña de la posguerra; fuera del país, su trabajo era prácticamente desconocido. Williamson, por el contrario, dirigió su esquema a una amplia gama de radioaficionados, y fue esto lo que predeterminó su éxito [123] [57] .
En publicaciones de 1947, Williamson identificó la gama necesaria y suficiente de indicadores que caracterizan la alta calidad de reproducción y estableció valores objetivo realistas y alcanzables para estos indicadores, que son generalmente válidos en el siglo XXI [124] . Williamson, por un lado, estableció pautas para los diseñadores de equipos y, por otro lado, popularizó el conocimiento y la comprensión de estas pautas entre profesionales y consumidores [124] . Las características objetivas del amplificador Williamson se convirtieron en el estándar al que fueron guiados los diseñadores de la década de 1950, y que en la era de las válvulas [comm. 17] era casi imposible de superar [24] [125] . Williamson demostró de manera convincente que la distorsión armónica se puede reducir de manera efectiva mediante el uso de una retroalimentación profunda junto con un transformador de salida de alta calidad [126] . Logró crear el modelo a seguir perfecto, que duró hasta la transición de la industria a los transistores; la creación de un UMZCH transistorizado capaz de competir en igualdad de condiciones con el amplificador Williamson llevó una década y media. Los diseñadores pudieron superar el " sonido de transistor " disonante característico de los equipos de la década de 1960 solo a mediados de la década de 1970 [127] .