Содержание

Общие сведения,
классификация
Устройство и работа диода
Устройство и работа триода
Электронная эмиссия
Термоэлектронные катоды
Особенности устройства
электронных ламп
Физические процессы
Закон степени трех вторых
Анодная характеристика
Параметры
Рабочий режим. Применение
диода для выпрямления
переменного тока
Основные типы
Физические процессы
Токораспределение
Действующее напряжение и
закон степени трех вторых
Характеристики
Параметры
Особенности
Усилительный каскад с
триодом
Параметры усилительного
каскада
Аналитический расчет и
эквивалентные схемы
усилительного каскада
Графоаналитический расчет
режима усиления
Генератор с триодом
Межэлектродные емкости
Каскады с общей сеткой и
общим анодом
Недостатки триодов
Основные типы приемно-
усилительных триодов
Устройство и работа тетрода
Устройство и работа пентода
Схемы включения тетродов
и пентодов
Характеристики тетродов
и пентодов
Параметры тетродов и
пентодов
Межэлектродные емкости
тетродов и пентодов
Устройство и работа
лучевого тетрода
Характеристики и параметры
лучевого тетрода
Рабочий режим тетродов
и пентодов
Пентоды переменной
крутизны
Краткие сведения о
различных типах
тетродов и пентодов
Специальные лампы
Общие сведения
Электростатические
электронно-лучевые трубки
Магнитные электронно-
лучевые трубки
Люминесцентный экран
Краткие сведения о
различных электронно-
лучевых трубках
Электрический разряд
в газах
Тлеющий разряд
Стабилитроны
Тиратроны тлеющего разряда
Индикаторные приборы
Дисплеи
Краткие сведения о
различных газоразрядных
приборах
Фотоэлектронная эмиссия
Электровакуумные
фотоэлементы
Фотоэлектронные умножители
Причины собственных шумов
Шумовые параметры
Межэлектродные емкости
и индуктивности выводов
Инерция электронов
Наведенные токи в
цепях электродов
Входное сопротивление
и потери энергии
Импульсный режим
Основные типы электронных
ламп для СВЧ
Общие сведения
Пролетный клистрон
Отражательный клистрон
Магнетрон
Лампы бегущей и
обратной волны
Амплитрон и карматрон
Надежность и испытание
электровакуумных приборов
Усилитель на триоде
с общим катодом
Ограничения по выбору
рабочей точки
Режим в рабочей точке
Катодное смещение
Выбор величины
сопротивления резистора
в цепи сетки
Выбор выходного
разделительного
конденсатора
Вредное влияние проходной
емкости лампы и пути
его уменьшения
Применение
экранированных ламп
Каскод (каскодная схема)
Катодный повторитель
Каскад с общим катодом
как приемник
неизменяющегося тока
Пентоды в качестве
приемников
неизменяющегося тока
Катодный повторитель
с активной нагрузкой
Катодный повторитель Уайта
μ-повторитель
Выбор верхней лампы для
μ -повторителя
Параллельно управляемый
двухламповый усилитель
(SRPP)
β-повторитель
Дифференциальная пара
(дифференциальный каскад)
Коэффициент реакции
питающего напряжения
(PSRR)
дифференциальной пары
Полупроводниковые
приемники неизменяющегося
тока для
дифференциальной пары
Использование транзисторов
в качестве активной нагрузки
для электронных ламп
Классификация искажений.
Принципы оценки линейных
искажений
Принципы измерения
нелинейных искажений
Измерение и интерпретация
искажений
Совершенствование
измерений нелинейных
гармонических искажений
Цифровая обработка сигналов
Особенности проектирования
усилителей с малыми
искажениями
Работа с сеточным током
и нелинейные искажения
Уменьшение искажений
подавлением (компенсацией)
Проблемы смещения
по постоянному току
Выбор электронной лампы по
критерию низких искажений
Проблема сопряжения одного
каскада со следующим
Усилитель класса А для
электромагнитных головных
телефонов с непосредств.
междукаскадной связью
Радиокомпоненты -
Общие сведения
Ряды стандартизованных
значений сопротивлений
Металлизированные
пленочные резисторы
Проволочные резисторы
Конденсаторы -
Общие сведения
Металлические конденсаторы
с воздушным диэлектриком
Пленочные конденсаторы,
изготовленные
металлизацией диэлектрика
Алюминиевые
электролитические
конденсаторы
Основные вопросы,
возникающие при
выборе конденсатора
Общие сведения о
катушках индуктивности
Трансформаторы -
Общие сведения
Трансформаторы.
Намагничивание и потери
Модели трансформаторов
Почему необходимо
использовать трансформаторы
Определение параметров
неизвестного трансформатора
Основные виды
источников питания
Выпрямление переменного
тока
Одиночный накопительный
конденсатор в роли
сглаживающего элемента
Влияние напряжения
пульсаций на выходное
напряжение
Насыщение сердечника
трансформатора
Критерии выбора силового
трансформатора
Источник питания со
сглаживающим дросселем
Номинальное значение
тока дросселя
Выбросы тока и
демпфирующие элементы
Использование накопительного
конденсатора для снижения
высоковольтного напряжения
Частотные характеристики
используемых на практике
LC-фильтров
Широкополосная фильтрация
Выпрямители с умножением
(умножители) напряжения
Классическая схема
последовательного
стабилизатора
Двухтранзисторная схема
последовательного
стабилизатора
Стабилизатор цепи сеточного
смещения с регулируемым
выходным напряжением
Источники питания низкого
напряжения и синфазный шум
Ламповый стабилизатор
напряжения
Способы увеличения
выходного тока стабилизатора
Коэффициент режекции
источника питания
Включение сглаживающих
конденсаторов
Перенапряжения при
включении схемы
Составление предварительной
схемы блока питания
Высоковольтный выпрямитель
и стабилизатор
Особенности смещения
подогревателей ламп
Схема улучшенного
источника питания
Рабочий режим
Увеличение максимально
допустимого Vrrm
Выходной каскад класса А
с несимметричным выходом
Особенности акустических
систем
Неидеальности
трансформаторов
Режимы работы усилительных
приборов. Классы усилителей
Двухтактный выходной каскад
Выходной каскад по
ультралинейной схеме
Трансформаторный катодный
повторитель
Усилители без выходного
трансформатора
Составляющие блока
усилителя мощности
Предоконечный каскад блока
усилителя мощности
Фазоинверсный каскад
Дифференциальный усилитель
или пара с катодной связью
«Согласованный»
фазоинвертор
Общие проблемы
устойчивости усилителей
Подавление первой
доминанты ВЧ составляющей
Низкочастотное
самовозбуждение усилителя
Усилитель Williamson
Усилитель Milliard 5-20
Усилитель Quad II
Выбор выходной лампы
Выбор статической рабочей
точки с учетом Pвых и КНИ
Точное определение
выходного трансформатора
Особенность выпрямление
высоковольтного напряжения
Варианты применения
стабилизатора ВВ напряжения
Требования к каскаду
предоконечного усиления
Определение рабочей точки
предоконечного каскада
Проверка работоспособности
усилителя
Пример разработки
двухтактного УМ
Оптимизация входного и
фазоинверсного каскадов
Расчет R катодного смещения
лампы и R обратной связи
Выбор элементов
оконечного каскада
Разработка усилителей
мощностью более 10 Вт
Активные кроссоверы
и схема Зобеля
Выбор лампы для
оконечного каскада
Требования к предоконечному
каскаду усиления
Источники питания и
постоянная токовая нагрузка
Второй дифференциальный
усилитель и выходной каскад
Первый дифференциальный
усилитель и линейность х-ки
Каскодная схема постоянной
токовой нагрузки
Постоянная токовая нагрузка
первого диф. каскада
Элементы, повышающие ВЧ
устойчивость. Итоговая схема
Схема источника питания
«Потомок от усилителя Beast»
Расчет уровня фонового
шума от ИП
Особенности цифрового
сигнала от компакт-диска
Требования к предусилителю
Технические требования
к линейному каскаду
Традиционный линейный
каскад
Пути достижения заданных
требований и выбор лампы
Основные проблемы
регулирования громкости
Переключаемые аттенюаторы
Расчет переключаемого
аттенюатора
Табличные вычисления для
расчета регулятора громкости
Светочувствительные
резисторы и громкость
Входной переключатель
Частотный корректор RIAA
Влияние провода
звукоснимателя
Требования к блоку
частотной коррекции
Метод частотной коррекции
стандарта RIAA
Раздельное выравнивание
характеристики RIAA
Шумы и влияние входной
емкости входного каскада
Учет собственных
шумов лампы
Улучшение шумовых
характеристик с RIAA
Расчет элементов на 75 мкс
Параметры цепей на
3180 мкс и 318 мкс
Симметричный вход и
подключение звукоснимателя
Симметричный предусилитель
Возможности исключения
линейного каскада
Вариант RIAA с исполь-
зованием лампы типа ЕС8010
Оптимизация характеристик
входного трансформатора
Анализ работы блока RIAA
Практические методы
настройки блока RIAA
Линейный каскад
О межблочных и
акустических кабелях
 
 

Выбор электронной лампы по критерию низких искажений

Немаловажный вклад в нелинейные искажения вносят сами усилительные приборы — электронные лампы. Казалось бы, на первый взгляд об искажениях лампы можно судить по семейству ее статических характеристик. Например, семейство выходных (анодных) статических характеристик лампы, имеющие заметно различные промежутки между кривыми, снятыми при разном сеточном напряжении (при условии его изменения с фиксированным шагом), указывает на искажения. В то же время, лампа, обладающая более равномерными характеристиками, далеко не обязательно будет генерировать мало искажений. В конечном счете, разработчику остается либо использовать электронные лампы, специально разработанные для линейного усиления с малыми искажениями, либо самому проверять лампы на предмет искажений.

Специальные разработки ламп с малыми искажениями

Минимизирование искажений приводит к удорожанию производства электронных ламп, поэтому, когда разрабатывались электронные лампы с малыми искажениями, они были предназначены специально для создания высококачественной аудиоаппаратуры, которая включает как профессиональное студийное и звукозаписывающее оборудование, так и бытовую аудиотехнику повышенного качества.

В 1930-х годах, при разработке ламп во главу угла ставился коэффициент усиления, который в те времена у большинства ламп был достаточно низким. Все остальные показатели приносились в жертву в угоду коэффициенту усиления. Например, идея отрицательной обратной связи, имеющая в качестве последствия снижение коэффициента усиления, рассматривалась в те времена как ересь. Поэтому технические предложения Гарольда Блэка (Harold Black) на сей счет, хоть и были заверены 18-го августа 1927, но патент США не был выдан до 21-го декабря 1937.

Тем не менее, уже в те времена специально разрабатывались лампы особой конструкции, позволяющие получать малые нелинейные искажения в усилителях. Одной из первых ламп, специально предназначенных для усилителей с малыми искажениями, можно назвать американский триод типа 76.

В последствии, когда отрицательная обратная связь стала широко распространенной, стало выгоднее уменьшать искажения, жертвуя коэффициентом усиления, но, повинуюсь, старым добрым традициям, разработчики на это шли далеко не всегда. Поэтому последнее поколение ламп (например, серий ЕСС83/12АХ7, и т. п.) имеет более высокий коэффициент усиления, но больше искажений.

Электронные лампы с малыми искажениями также требовались и телекоммуникационным компаниям, но не потому, что они были сильно озабочены точностью воспроизведения речевых сигналов. Проблема линейности возникла тогда, когда было принято решение о внедрении многоканальных систем передачи телефонных каналов. Если нужно обеспечить тысячу телефонных каналов между двумя городами на расстоянии десяти миль, можно проложить 1000 витых пар, но кабель, содержащий такое количество проводов, дорогостоящий и его трудно прокладывать. Решение, принятое компаниями электросвязи было оригинальным, но единственно правильным — модулировать на каждом телефонном канале несущую частоту радиодиапазона, как это делается в радиосвязи и радиовещании. Причем, каждому телефонному каналу при этом выделяется своя частота. Стоит заметить, что такой принцип частотного уплотнения каналов сегодня, в век цифровой техники, считается устаревшим, но в те далекие годы он был единственно возможным. Групповой радиосигнал, содержащий 1000 модулированных несущих можно передать при помощи одного единственного коаксиального кабеля, который достаточно дешев и легко прокладывался. Однако, все кабели вносят потери. При реальных расстояниях между городами (а в особо крупных городах и между районами в пределах города) потери становится существенными, поэтому всем таким кабельным линиям связи необходимы промежуточные усилители, которые обычно устанавливаются через равные расстояния. Одно из многих преимуществ многоканальной передачи телефонных каналов — как тысяча телефонных каналов в одном кабеле для рассматриваемого примера — также является то, что необходим только один промежуточный усилитель группового сигнала, вместо тысячи раздельных. Но этот усилитель обязательно должен быть сверхлинейным! Иначе нелинейные составляющие от одного телефонного канала будут неизбежно попадать в полосу соседнего. Таким образом, любые нелинейные искажения искажение в усилителе группового сигнала вызывает наложение одного телефонного разговора на другой. Электронные лампы, разработанные для использования в промежуточных усилителях широкополосной многоканальной телефонии, таким образом, просто должны генерировать минимум нелинейных искажений.

Во многих электронных лампах последнего поколения применяется сетка на каркасе. Некоторые, например, лампы серий 417/5842, были разработаны для малых искажений, другие, например, ЕСС88/ Е88СС, просто извлекли пользу от улучшенной технологии производства и создают мало искажений. Некоторые электронные лампы, например, тип Е182СС и тип 6350 были разработаны для использования в первых цифровых компьютерах, где наиболее важна долговечность даже с полным нагревом и отсутствием тока анода, который вызывает рост сопротивления переходного слоя катода. Другие электронные лампы были разработаны и изготовлены без учета искажений.

Проблема выходной ступени генератора кадровой развертки в старых ламповых телевизорах очень похожа на проблему аудиоусилителя, имеющего в качестве нагрузки громкоговоритель. Оба устройства используют выходные трансформаторы для согласования электронной лампы с нагрузкой и работают в звуковом частотном диапазоне. Тем не менее, телевизионные отклоняющие катушки развертки приводятся в действие управляющим током, а не напряжением как в стандартных громкоговорителях. К сожалению, ограниченная индуктивность первичной обмотки Lп выходного трансформатора формирует ток самоиндукции в дополнение к току отклоняющей катушки развертки, и это означает, что общий ток необходимый от лампы генератора кадровой развертки искажен по сравнению с идеальным током, требуемым отклоняющими катушками. На практике использовались многие способы достижения требуемой кривизны формы отклоняющего тока развертки — например, использование кривизны выходных характеристик триода. Так как индуктивность первичной обмотки Ln выходного трансформатора кадров не регулируется, требуемая кривизна развертывающего тока должна быть управляемой, поэтому в цепь катода электронной лампы выходного каскада кадровой развертки часто включался переменный резистор, чтобы корректировать линейность изображения по вертикали.

Основная проблема использования в аудио усилителях ламп, предназначенных для работы в генераторах кадровой развертки телевизоров, — отсутствие каких-либо серьезных требований разработчиках к их искажениям. Связано это с тем, что, как упоминалось выше, для обеспечения требуемой линейности развертки, достаточно установить катодный потенциометр — регулятор. Ранние разработки ламп для кадровой развертки, например, сдвоенный триод 6ВХ7, дают широкие отклонения по искажениям, поэтому такие лампы должны отбираться индивидуально при использования в аудиотехнике. Вероятность обнаружения пары ламп с малыми искажениями в одной колбе низка, поэтому отбор пары с малыми искажениями среди одиночных триодов 6АН4 аналогичного назначения было бы намного более дешевой альтернативой. Более позднее поколение ламп, например, ЕСС82 (также предназначенных для использования в генераторах кадровой развертки телевизоров) извлекло пользу из улучшенной технологии производства и искажения крайне унифицированы от экземпляра к экземпляру: они единообразно плохие.

Проблема карбонирования баллонов ламп

Еще Декет (Deketh) подчеркивал, что не все электроны, двигающиеся к аноду лампы притягиваются — некоторые «промахиваются» и сталкиваются с баллоном лампы (колбой), порождая вторичную эмиссию. Вторичная эмиссия является важной, потому что она означает, что колба, потерявшая эти самые вторичные электроны, приобретает отрицательный заряд, который искривляет путь электронов от катода к аноду, что приводит и ухудшению линейности лампы. Декет рассматривал искажения при высоких амплитудах в мощных лампах и показал, что карбонизирование внутренней поверхности колбы является весьма полезным, потому что уменьшает вторичную эмиссию. В то время никого не волновали аудио искажения < 1 %, и Декет не мог иметь доступа к звуковому спектральному анализатору, поэтому он не публиковал результаты искажений более низкого уровня. Тем не менее, измерения автора при уровне сигнала +28 дБ (≈ 19,5 В действующего значения напряжения) показывают существенно уменьшенные (≈ —6 дБ) искажения для ламп типа 6SN7, имеющих карбонизированную колбу, по сравнению с непокрытыми колбами.

Проблема размагничивания ламп

Направление электронного потока в лампах определяется прежде всего электрическим полем анода, но всегда нужно помнить, что электроны также могут быть отклонены магнитными полями. Магнитное поле земли довольно слабое, так что маловероятно, что ориентировка лампы в любом конкретном направлении повлияет на искажения, но многие электроды ламп часто делаются из никеля, который может легко намагнититься. Если конструкция лампы выполнена из концентрических цилиндрических электродов, магнитные отклонения не имеют значения, разве только они заставят часть электронов пролетать мимо анода, но коробчатая конструкция не имеет радиальной симметрии, поэтому горизонтальное магнитное отклонение может влиять на ток анода.

Лучевые тетроды с совмещенными сетками наиболее чувствительны к магнитным полям, потому что вертикальное магнитное отклонение вызывает перехват экранирующей сеткой плоских электронных пучков вместо того, чтобы пропускать их между вертикально выровненными витками. Таким образом, магнитное поле может изменить соотношение анодного и экранного токов Ia /Ic2 и было бы заблуждением предположить, что это не влияет на искажения. Несколько лет назад, используя катушку, предназначенную для размагничивания телевизионных кинескопов, автор в шутку размагнитил лампу типа КТ88 (лучевой тетрод с совмещенными сетками) усилителя мощности, и все услышали небольшое отличие в качестве звучания усилителя!

Нужно принять во внимание, что размагничивание требует, чтобы магнитный материал был доведен до насыщения в обоих направлениях, а затем плавно снижать размагничивающее поле, уменьшая петли гистерезиса до тех пор, пока остаточный магнетизм не будет равен нулю. Таким образом, намагничивание, и размагничивание достигнуто решением в лоб — катушка размагничивания была 10 дюймов (250 мм) в диаметре, потребляя 750 ВА, и рассчитана только для периодического использования.

Необходимость тестирования для отбора электронных ламп с малыми искажениями

При проектировании каскадов усиления мощности зачастую во главу угла ставится проблема получения максимальной мощности, а о необходимости минимизации искажений вспоминают лишь во вторую очередь, что неправильно. Хотя, при больших уровнях сигнала, что и имеет место быть в каскадах усиления мощности, требования к искажениям более мягкие, нежели, чем в каскадах предварительного усиления, работающих при малых сигналах. В самых первых каскадах предварительного усиления над проблемой искажений превалирует проблема низкого уровня собственных шумов и высокого коэффициента усиления, что успешно решается применением специальных малошумящих ламп с высокой крутизной. Тем не менее, применение в каскадах усиления ламп, обладающих низкими искажениями, всегда способствует улучшению качества звучания усилителя.

Поскольку, наиболее жесткие требования по искажениям предъявляются к промежуточным каскадам усилителя, от которых не требуется ни повышенной мощности, ни особо низкого уровня шумов, то от линейных ламп не требуется и особо высокой крутизны. Высокий внутренний статический коэффициент усиления μ лампы может быть также нежелателен, поскольку в усилителях часто предполагается использование неглубокой отрицательной обратной связи, чтобы уменьшить искажения. К сожалению, большинство ламп с низким μ были разработаны для телевизионной кадровой развертки, поэтому их искажения не внушают доверия, пока не проведен индивидуальный отбор. Большинство же электронных ламп, пригодных для усиления звуковой частоты, имеют средний μ, и полезную мощность P0(макс) < 5 Вт.

Лампы серии SN7 широко распространены, как лампы с малыми искажениями, но насколько хорошо они оправдывают свою репутацию? Имея ввиду, что электронные лампы этой серии собирались вручную и имеют большой производственный допуск, имеется ли «лучшая» лампа или изготовитель со средними μ? В последующих разделах ищутся ответы на эти вопросы, приводя отчеты о проверке выбранных ламп со средними μ в идентичных режимах.

Схема проверки

Если требуется усилительный каскад с малыми искажениями, то в качестве такового целесообразно применить несимметричный каскад с активной нагрузкой или дифференциальную пара с резистивной нагрузкой и приемником неизменяющегося тока в цепи катода. Как уже говорилось выше, схемотехническими приемами можно уменьшить искажения, но многое зависит и от самой лампы. Подбор ламп с малыми искажениями всегда трудная задача, требующая измерения искажений в каскаде преднамеренно разработанного с малыми искажениями, причем для объективной оценки наиболее полезны разные условия проверки.

Если позже, использовать топологию схемы, которая не минимизирует искажения, и выяснится, что лампа «А» при этом звучит лучше, чем лампа «В», то это потому, что электронная лампа «А» подходит для этой топологии схемы лучше, чем лампа «В», а не потому, что лампа «А» «лучше », чем лампа «В».

Как упоминалось ранее, искажения усилителя на триоде в основном обуславливаются изменением внутреннего сопротивления лампы rа с изменением анодного тока Iа. При условии, что сопротивление нагрузки каскада RH >> ra, изменение из rа незначительно, таким образом искажения могут быть уменьшены максимизацией RH. Кроме того, электронная лампа должна пропускать достаточный ток анода для установки ее рабочей точки вне точки обычного схождения анодных статических характеристик при малых токах. В соответствии с вышесказанным, электронные лампы были опробованы в μ-повторителе (рис. 4.22), пропускающем ток анода ≈ 8 мА. На нити накала подавался стабилизированный постоянный ток. В этой схеме, активная нагрузка тестируемой лампы эквивалентна RH ≈ 800 кОм. Это далеко не самая большая величина, однако заведомо больше, чем обеспечивается в обычном резисторном каскаде усиления, где при тех же 800 кОм резистивной нагрузки потребовалось бы высокое напряжение питания 6,4 кВ.

Схема проверки лампы со средним μ

Рис. 4.22 Схема проверки лампы со средним μ

Уровни и частоты проверочной схемы

Поскольку ожидается низкий уровень искажений, то лампы должны быть опробованы при достаточно высоком уровне выходного сигнала, чтобы искажения были легко измеряемы, но ниже уровня ограничения. Уровень +28 дБ (≈ 19,5 В действующего значения напряжения) оказался хорошим компромиссом, поэтому все электронные лампы испытывались при фиксированном уровне входного сигнала, чтобы выдавать точно +28 дБ на выходе. Искажения во всех проверенных лампах прямо пропорционально уровню, поэтому искажения при более низких уровнях могут быть экстраполированы из результатов уже проведенных испытаний.

Хотя первоначально лампы проверялись при частотах входного сигнала 120 Гц, 1 кГц и 10 кГц, искажения проверяемой схемы совершенно не зависели от частоты, поэтому впоследствии электронные лампы тестировались только при 1 кГц. Для большинства ламп, гармоники выше 6-й были слишком слабы для надежного измерения, поэтому измерения выполнялись только до 6-й гармоники включительно.

Результаты испытаний

Все опробованные электронные лампы были из старых запасов, таким образом, самые новые лампы хранились по крайней мере 20 полных лет, а самые старые 50. Поскольку многие лампы сняты с производства десятилетия назад, некоторые типы имелись в наличии только в нескольких экземплярах.

Необработанные данные измерений были проанализированы в электронных таблицах, и разбиты на различные группы, значительно отличающиеся друг от друга по результатам.

В следующей таблице (табл. 4.6) приведены результаты тестирования ламп серий 6SN7GT/12SN7GT и их прямых эквивалентов. Количество экземпляров означает число индивидуальных проверенных триодов, а не баллонов (у ламп этой серии в одном баллоне смонтировано по два триода). В таблице приведены усредненные результаты измерения искажений по 2-й, 3-ей и 4-й гармоникам для каждого типа ламп, а также приведены среднеквадратические отклонения этих величин для группы ламп одного типа.

Таблица 4.6
Тип Количество 2-я σ 3-я σ 4-я σ
6SN7GT/12SN7GT 44 -50 3,6 -85 8,4 -96 5,9
7N7 82 -52 3,3 -85 8,6 -97 6,7
14N7 62 -52 3,3 -85 8,6 -97 6,7
Черненные 6SN7GT 6 -54 1.8 -94 5,6    
Черненные CV1988 12 -57 2,6 -85 7,2 -93 4,2
12SX7GT 12 -50 1.9 -83 3.2 -94 6,0
GEC/Marconi B36 6 -51 2,0 -90 8,1 -88 2,0
6J5GT (различные) 6 -50 4,1 -82 12.7 -97 3,1
Pinnacle 6J5GT 138 -52 2,6 -90 6,7 -96 3,9
RCA6J5 15 -47 4,8 -84 8,3 -89 7,7
GEC L63 5 -50 1,6 -86 4,4 -89 4,4
7А4 3 -48 0,2 -73 1,6 -93 1,2

В следующей таблице (табл. 4.7) нормализованы результаты испытаний искажений ламп серий 6SN7GT/12SN7GT, представленные в виде, удобном для сравнения.

Интерпретация измерений

Изготовители утверждают, что все однотипные электронные лампы являются электрически эквивалентными и имеют незначительный разброс параметров. Тем не ме-

нее, имеются существенные различия между лампами, и полезные заключения могут быть выведены из следующей второй таблицы (табл. 4.7):

Таблица 4.7
Тип Количество 2-я 3-я 4-я
ДБ отношение ДБ отношение ДБ отношение
6SN7GT/12SN7GT 44 0   0 1 0 1
7N7 82 -2 0,79 0 1 -1 0,89
14N7 62 -2 0,79 0 1 -1 0,89
Карбонизированные 6SN7GT 6 -4 0,63 -9 0,35 -14 0,2
Карбонизированные CVI988 12 -7 0,45 0 1 +3 1,4
12SX7GT 12 0 1 +2 1,26 +2 1,26
GEC/Marconi B36 6 0 1 -5 0,56 +8 2,5
6J5GT (различные) 6 0 1 +3 1,4 -1 0,89
Pinnacle 6J5GT 138 -2 0,79 -5 0,56 0 1
RCA6J5 15 +3 1,41 + 1 1.12 +7 2,2
GEC L63 5 0 1 -1 0,89 -3 0,71
7А4 3 +2 1,26 + 12 4 +3 1,4

• электронные лампы с карбонизированными стеклянными колбами генерируют меньше искажений. Декет писал, что карбонизированные колбы уменьшают искажения при максимальной мощности, но эта серия испытаний показывает, что улучшение пропорционально уровню, и что карбонизированные колбы существенно уменьшают искажения на малых амплитудах;

• лампы типа RCA 6J5 имеют значительно более высокие искажения, чем тип 6J5GT, возможно из-за увеличенного количества ионов, порождаемых выделением газа металлическими колбами, что вызывает увеличение сеточного тока;

• несмотря на наличие прозрачной колбы, лампа 6J5GT (сделана в СССР в 1930-е годы) генерирует очень низкие искажения — существенно лучше, чем любые другие представители ламп серии 6J5GT;

• цоколь ламп группы Loktal™ был специально разработан, чтобы уменьшить паразитную емкость и индуктивность, удалением стеклянной гребешковой ножки, требуемой для цоколей Octal, следовательно, лампы серии 6SN7GT/12SN7GT имеют паразитную емкость Сас = 4 пФ, тогда как лампа типа 7N7 имеет паразитную емкость Сас = 3 пФ;

• некоторые электронные лампы были отобраны для тестирования из стандартной производственной линии их изготовителями. Этот тест не показал значительного отличия в искажениях для ламп типа 12SX7 (разновидность ламп серии 12SN7GT, отобранных по крутизне характеристики прямой передачи при Va = 28 В) по сравнению с обычными лампами серии 6SN7GT/12SN7GT;

• нелинейные гармонические искажения по 3-й гармонике одиночного триода типа 7А4 с цоколем Loktal™ являются очень неутешительными, но так как только три образца были доступны для испытания, то результаты статистически не безусловны.

Семейство ламп *SN7GT изготавливались с четырьмя различными конструкциями нити накала и на разные накальные напряжения, поэтому в следующей таблице (табл. 4.8) сравниваются различные типы.

Таблица 4.8
  Напряжение Ток Мощность нити накала
6SN7GT 6.3 В 600 мА 3.78 Вт
8SN7GT 8,4 В 450 м А 3,78 Вт
12SN7GT 12,6 В 300 мА 3,78 Вт
25SN7GT 25 В 150 м А 3,75 Вт

Как можно заметить из таблицы, мощность нити накала является почти идентичной для каждого типа. Физически, лампа типа 6SN7GT имеет нити накала, вмонтированные внутри параллельно, тогда как лампа типа 12SN7GT имеет те же нити, вмонтированные последовательно, причем конструкция подогревателя идентичная, поэтому искажения должны быть подобные. В следующей таблице (табл. 4.9) более подробно сравниваются искажения ламп типов 6SN7GT и 12SN7GT.

Таблица 4.9
Количество 2-я σ 3-я σ 4-я σ
6SN7GT 28 -50 3.5 -83 8,9 -96 5,7
12SN7GT 16 -51 3,8 -87 7,3 -97 6,5

Две лампы подобны - разность находится в пределах погрешности. Подобным образом, можно сравнить и лампы типов 7N7 с 14N7 (табл. 4.10).

Таблица 4.10
  Напряжение Ток Мощность нити накала
7N7 6.3 В 600 мА 3,78 Вт
14N7 12,6 В 300 мА 3,78 Вт

Снова можно ожидать, что искажения у этих двух типов ламп будут подобны (результаты измерений приведены в табл. 4.11).

Таблица 4.11
Количество 2-я σ 3-я σ 4-я σ
7N7 82 -52 3,3 -85 8.6 -97 6.7
14N7 62 -52 2,4 -88 7,8 -95 6,4

Подведение итогов: — различия между лампами, имеющими различные напряжения нити накала при одинаковой их конструкции, лежат в пределах погрешности. Это хорошая новость, потому что это означает, что мы не обязательно должны использовать более дорогостоящие электронные лампы с нитью накала 6,3 В, а можем использовать дешевые и более распространенные электронные лампы с нитью накала 12,6 В, и наслаждаться уменьшением индуцированных помех от источника промышленной частоты, вызванное уменьшением тока нити накала.

В дальнейшем изложении автор принял определенную условность, которая будет использоваться. Установив, что лампы типов 6J5GT, 6SN7GT, 12SN7GT, 7N7, 14N7 являются электрически почти идентичными, и что лампы типов 8SN7GT и 25SN7GT также подобны, в целях избежания длительных перечислений, это семейство будет называться *SN7/*N7. Однако, не следует путать эту группу с лампами типа 6N7, параметры которых иные.

Альтернативные электронные лампы со средним μ

В следующей таблице (табл. 4.12) показаны возможные альтернативы для замены ламп семейства *SN7/*N7. Также как и в предыдущих случаях, в таблице приведены усредненные уровни 2-й, 3-й, 4-й гармоник и среднеквадратические отклонения их значений для выборки ламп.

Таблица 4.12
Тип   Количество 2-я σ 3-я σ 4-я σ 5-я σ 6-я σ
7AF7 16 4 -38 0,3 -62 1,5 -74 0.6 -89 4,2 -91 5,7
ECC82/12AU7/ В329 18 28 -37   -56 1.4 -73 3.9 -86 6,6 -96 3.1
Е182СС/7199 18 30 -45 1.7 -70 1.5 -92 3,7        
Е288СС 20 14 -49 1,3 -69 0,9 -89 5.4 -95 7,2 -96 4,9
37 9 9 -45 0,6 -69 4.9 -87 5,7 -88 10,1 -86 14,2
5687 (различные) 16 22 -49 1,1 -72 1.7 -91 3,9        
Philips 5687WB 16 14 -42 2,5 -68 2.8 -92 2.4        
6350 20 26 -44 1.4 -65 2.4 -84 2.4 -98 6.2    

Для каждой лампы, статический внутренний коэффициент усиления μ был определен по анодным статическим характеристикам для рабочей точки с анодным током 8 мА.

Следующая таблица (табл. 4.13) позволяет быстро сравнить эти альтернативные варианты, нормируя их искажения, по сравнению с лампами серии 6SN7GT/12SN7GT.

Результаты говорят сами за себя. Все альтернативные варианты являются хуже семейства *SN7/*N7, и производят существенно больше искажений на самой неприятной для человеческого восприятия 3-й гармонике.

Сдвоенный триод с цоколем Loctal типа 7AF7 и сдвоенный триод типа В9А ЕСС82 являются практически неприемлемыми для применения в высококачественных усилителях. Весьма возможно, что эти электронные лампы имеют конструкцию электродов, которая существенно уменьшает паразитную емкость Сас по сравнению с семейством ламп *SN7/*N7 (2,3 пФ и 1,6 пФ по сравнению с 4,0 пФ). Эти испытания показывают, что необходимые меры по уменьшению емкости Сас в структуре электродов могут неблагоприятно влиять на искажения.

Таблица 4.13
Тип Количество 2-я 3-я 4-я
ДБ отношение ДБ отношение ДБ отношение
6SN7GT/12SN7GT 44 0 1 0 1 0 1
7AF7 4 +12 4 +23 14 +23 14
ECC82/12AU7/B329 28 +13 4.5 +29 28 +23 14
Е182СС/7199 30 +5 1.78 +15 5,6 +4 1.58
Е288СС 14 +1 1.12 +16 6.3 +7 2.2
37 9 +5 1.78 +16 6.3 +9 2,82
5687 (различные) 22 +1 1.12 +13 4.5 +5 1.78
Philips 5687WB 14 +8 2.5 +17 7.1 +4 1,58
6350 26 +6 2 +20 10 +12 4

Были существенные различия между лампой Philips 5687WB и образцами других изготовителей, по этой причине этот тип был выделен отдельно. Хотя у Philips уровни 2-й и 3-й гармоник существенно больше, чем у конкурирующих изготовителей, 2-я по большей части сводится к нулю, если лампа используется в дифференциальной паре.

Взвешенные результаты искажений

В начале были предложены весовые коэффициенты искажений, как полезная методика, поэтому данные в следующей таблице (табл. 4.14) являются взвешенными в соответствии с документацией Международного консультативного комитета по радиовещанию МККР/ARM. Так как эти конкретные испытания были ограничены до 6-й гармоники (6,3 кГц является основной частотой для МККР/ARM), а искажения преобладали по 2-й гармонике, разность между МККР/ ARM и рекомендациями Шорта составила только ≈ 0,1 дБ.

Таблица 4.14
Тип Количество образцов Взвешенные искажения (дБ)
Карбонизированные CV1988 12 -58
Карбонизированные 6SN7GT 6 -55
Pinnacle 6J5GT 7N7/14N7 138
144
-52
GEC/Marconi B36 6 -51
6SN7GT/12SN7GT 12SX7GT 6J5GT (не Pinnacle) 44
12
6
-50
L63 Е288СС 5687 (не Philips) 5
14
22
-49
7А4 RCA6J5 3
15
-48
Е182СС/7199 30 -45
6350 26 -44
Philips 5687WB 14 -42
7AF7 4 -38
ЕСС82, 12AU7, В329 28 -36

Итак, в соответствии с описанной выше методикой, всего было проверено 529 электронных ламп, и результаты показывают, что хорошая репутация ламп семейства *SN7/*N7 подтверждена. Искажения сдвоенных триодов различны в разных экземплярах, с некоторыми значительными тенденциями, заметными между разными изготовителями. Если индивидуальные измерения и отбор ламп с малыми искажениями невозможен, то следует помнить, что электронные лампы с карбонизированной колбой семейства *SN7/*N7 производят самые низкие искажения. Если они не доступны, то лампы типов 7N7, 14N7 или Pinnacle 6J5GT будут хорошим выбором. Электронные лампы с основанием В9А значительно хуже.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Наиболее распространенным видом сопряжения одного каскада со следующим является сопряжение через конденсатор — так называемая емкостная связь. Идеальный конденсатор не генерирует искажений. К сожалению, даже идеальный конденсатор может увеличивать искажения сгенерированные лампами или транзисторами.

Проблема блокировки разделительным конденсатором

Блокировка — крайне неприятное явление, в следствие которого усилитель подавляется на короткое время после кратковременной перегрузки. Очень часто блокировка вызывается конденсатором, который соединяет перегруженный каскад с соседним (рис. 4.23).

Емкостная связь между двумя каскадами совместно с резисторами входной цепи следующего каскада формирует фильтр верхних частот. Для того, чтобы не влиять на аудиосигнал, всегда стараются, чтобы частоты среза всех RC фильтров, образующихся за счет цепей связи и питания по уровню f-3дБ составляли около 1 Гц, подбирая номиналы деталей из соотношения:

Таким образом, установка частоты среза f-3дБ = 1 Гц означает, что постоянная времени цепи t = 160 мс.

Как следует из закона Кирхгофа для напряжений, в рассматриваемой цепи должно выполняться следующее условие для напряжения, приложенного к разделительному конденсатору:

В нашем примере, постоянное анодное напряжение предшествующего каскада Va(V1) = 100 В, а сетка следующего каскада связана с землей через резистор смещения сетки, поэтому Vc(V2) = 0 В, вызывая Vc= 100 В.

Если подать на вход первого каскада всплеск сигнала для того, чтобы получить на аноде 20 В положительной полуволны переменного напряжения сигнала, напряжение сетки второго каскада V2 пытается возрасти также на 20 В, но реально в данном примере оно достигнет лишь +10 В, в следствие конечной проводимости участка сетка — катод. В этом случае предыдущее уравнение по-прежнему должно быть верным, поэтому:

Напряжение на разделительном конденсаторе в этом случае способно изменяться очень быстро, поскольку теперь он заряжается через низкое полное сопротивление цепи перегруженной сетки.

 

По окончании импульса можно найти напряжение на сетке второй лампы, преобразуя уравнение:

Итак, напряжение на сетке —10 В, но при этом на катоде катодным развязывающим конденсатором цепи автосмещения поддерживается +10 В, поэтому суммарное напряжение между сеткой и катодом Vск = — 20 В, и цепь сетки возвращается к высокому полному сопротивлению. Очень важно, что электронная лампа при этом закрывается и остается закрытой до тех пор, пока сетка не вернется в исходное состояние с нулевым напряжением. Единственная цепь для токов заряда и разряда конденсатора, это путь через резистор смещения сетки, но, как уже было рассмотрено ранее, эта цепь имеет постоянную времени 160 мс. Поскольку для изменения заряда конденсатора на 99% от максимального требуется время, равное 5t, — исходное состояние на сетке (нулевое напряжение), не будет восстановлено, пока не пройдет 0,8 с после кратковременной перегрузки.

Восстановление режима каскада после перегрузки усложняется тем обстоятельством, что при запертой лампе отсутствует катодный ток, что в свою очередь усложняет разряд развязывающего конденсатора через резистор катодного смещения. Сама электронная лампа также требует некоторого времени на восстановление после перегрузки и вызываемой ей блокировки. Таким образом, кратковременная перегрузка вызывает блокирование усилителя примерно на одну секунду.

Можно подумать, что сильная перегрузка, вызывающая блокировку маловероятна, но в тех усилителях, где применяется глубокая обратная связь в усилителе мощности с емкостной связью с предыдущим каскадом, блокировка весьма вероятна даже при слабых перегрузках. Предположим, что переходный процесс вызывает ограничение в выходном каскаде. Обратная связь пытается скорректировать это искажение формы сигнала, значительно увеличивая сигнал выходного каскада, создавая тем самым благоприятные условия для блокировки.

Как уже было показано, блокировка происходит, потому что разделительный конденсатор значительно изменяет свой заряд во время перегрузки. Если конденсатор удалить или переместить, то есть изменить схемотехнику междукаскадной цепи, эту проблему можно существенно уменьшить или вовсе исключить. При рассмотрении различных каскадов усиления мощности, будет рассмотрен и вариант межкаскадного согласования, исключающий проблему блокировки.

Трансформаторная связь между каскадами

Качественные трансформаторы звуковых частот являются дорогостоящими компонентами, но они являются основой для решения задач согласования громкоговорителей с ламповыми усилителями. Также применяются и межкаскадные трансформаторы, применение которых дает несколько уникальных преимуществ.

Если трансформатор используется как анодная нагрузка каскада, то электронная лампа может достичь намного большего размаха сигнала, потому что анодное напряжение теоретически может иметь размах до удвоенного значения высокого напряжения питания. Так как трансформатор эффективно удваивает анодное напряжение, а истинный размах сигнала пропорционально меньше, это уменьшает искажения по сравнению с аналогичным каскадом на такой же лампе, имеющей резистивную анодную нагрузку при одинаковом напряжении питания. Двухтактный каскад дополнительно позволяет подавить четные гармоники искажений. К сожалению, несимметричный (однотактный) трансформаторный каскад, в отличие от двухтактного, где постоянные токи ламп текут через полуобмотки трансформатора встречно, работает при постоянном токе, протекающем через первичную обмотку, что чревато насыщением сердечника. Решается эта проблема применением броневого сердечника с зазором, что уменьшает ширину полосы. Если трансформатор понижает напряжение в отношении 2:1, каскад может создавать одинаковый размах выходного напряжения по сравнению с аналогичным каскадом с резистивной нагрузкой, но при этом выходное сопротивление оказывается в четыре раза ниже.

С точки зрения вторичной обмотки, обмотка с центральным выводом обеспечивает идеальное расщепление фазы, что делает такие трансформаторы весьма привлекательными в качестве фазоинверторов. Мощным лампам необходимо низкое сопротивление утечки сетки из-за их сеточного тока, поэтому очень низкое сопротивление по постоянному току идеально для вторичной обмотки.

Против этих преимуществ всегда нужно взвешивать неизбежный факт, что межкаскадные трансформаторы имеют недостаток — они работают с высоким полным сопротивлением.

Смещение уровня и связи по постоянному току

Кроме резисторно-емкостной и трансформаторной, также существует и непосредственная связь между каскадами, когда согласование уровней соседних каскадов по постоянному напряжению обеспечивается резистивными делителями, вспомогательными источниками и специальными схемами сдвига уровня (рис. 4.24).

На рис. 4.24а, приведен простой резистивный делитель напряжения с дополнительным источником питания отрицательной. Пусть нужно получить уровень —10 В на выходе делителя напряжения, что будет соответствовать требуемому постоянному напряжению на сетке следующего каскада. Вместо того, чтобы использовать уравнение делителя напряжения, легче установить некоторую целесообразную величину тока через делитель напряжения и применить закон Ома, чтобы найти требуемые сопротивления через необходимые падения напряжения на них.

Подобным образом, сопротивление нижнего резистора должно быть:

Рассматриваемый в данном примере делитель напряжения будет ответвлять на себя часть тока анода электронной лампы предшествующего каскада, поэтому нужно минимизировать этот ток. Если установить ток делителя напряжения величиной 100 мкА, то при напряжении 100 В на аноде предшествующей лампы, напряжении —100 В вспомогательного выпрямителя и требуемом напряжении —10 В на сетке последующей лампы, нетрудно найти сопротивление верхнего резистора:

 
 
Сайт создан в системе