и их комбинации:
- Вильямсон: каска
д с разделенной нагрузкой + дифференциальный усилитель
Муллард: непосредственно соединенные каскад с нагрузкой в аноде и "плавающий" дифкаскад. 7. дифкаскад с дополнительной лампой, подключенной к неинвертирующему выходу -достигаются одинаковые выходные импедансы...
Все эти схемы позволяют получить два противофазных напряжения одинаковой амплитуды.
Не буду вдаваться в подробности, читайте страницы 521-527 издания 4 RCA Radiotron Manual, все эти схемы могут обеспечить баланс в пределах 1 % или 2 % что, кстати, гораздо меньше разброса параметров подобранной пары выходных ламп. Если выходной каскад работает в классе А, более точная балансировка никак не повлияет на искажения. Например, в каскаде с разделенной нагрузкой на точных сопротивлениях достигается баланс в 0,1 %. Трансформатор даст в лучшем случае то же значение. И вообще, трансформатор обычно сбалансирован настолько, насколько позволяет квалификация изготовителя.)
И если сделать все как надо, можно использовать любую из схем с одинаковым успехом! Но, как было уже упомянуто, есть еще одно требование, пока еще нами не исследованное. Это -нагрузка нашего фазоинвертора, а именно сетки (базы, затворы) двухтактного каскада. Что представляет собой нагрузка? В случае триода имеем весьма изменчивый импеданс (Каково сопротивление между сеткой и анодом? 10 МОм? 20 МОм?), переменная емкость (эффект Миллера), требующая перезарядки, что обуславливает некоторый сеточный ток, требующиеся напряжения находятся в пределах 30-60 Вэфф для большинства приемно-усилительных ламп (для генераторных будем иметь 50-100 Вэфф). И именно взгляд на проблему со стороны ламп, которые мы раскачиваем, делает вышеупомянутый перечень схем списком возможных причин для неудачи. Что же, рассмотрим их по порядку...
Трансформатор: как уже упоминалось, баланс зависит от качества намотки, разброса паразитных емкостей и индуктивностей и идентичности нагрузок плеч. Действительно большим преимуществом трансформатора является то, что импеданс на переменном токе и сопротивление постоянному току -вещи совершенно независимые. Даже в случае повышающего трансформатора сопротивление вторичной обмотки на несколько порядков меньше, чем сопротивление утечки сетки, выбранное с точки зрения оптимальной нагрузки для переходного конденсатора. Это выгодно -если учитывать, что сетка может потреблять ток (например, при ограничении): при увеличении потребления тока от вторичных обмоток изменения напряжения смещения будут гораздо меньше, чем в случае с резистором в 100кОм. Это означает очень стабильное смещение сетки с малой постоянной времени и низкой запасенной энергией. С другой стороны, трансформаторы ограничивают полосу пропускания, время нарастания, и имеют паразитные потери, не говоря уже о том, что действительно хорошо сбалансированный трансформатор является дорог. Все жалобы о NC-21 Танго -спросите любого изготовителя, сколько забавы доставляет выполнить прекрасно сбалансированную обмотку! Они в принципе должны стоить больше чем любые выходные трансформаторы. И как я говорил прежде (и никто не слушал ...), если есть дополнительная индуктивность до или после межкаскадного трансформатора, общая переходная характеристика системы будет иметь суммированное число полюсов. Например, усилитель с двумя трансформаторами между входом и выходом будет иметь переходную характеристику 2-го порядка с сопутствующим фазовым сдвигом, запаздыванием и звоном. Этого можно избежать в звуковом диапазоне, используя межкаскадный трансформатор с полосой пропускания по крайней мере на две октавы шире таковой у выходного трансформатора. Это "возможно".
Фазоинвертор с разделенной нагрузкой (катодин): Возможно, лучше всего сбалансированный изо всех фазоинверторов (в терминах баланса напряжений без нагрузки), но имеет два серьезных недостатка, а именно -что выходное сопротивление обоих выходов радикально различно, и не имеет НИКАКОГО усиления. В нем анодная и катодная нагрузки -идентичные резисторы, и выходные напряжения снимаются с анода и катода. Нижняя часть -функционально катодный повторитель, и верхняя часть -усилитель с общим катодом с большим незашунтированным катодным резистором. То есть, низкое z в катодной цепи и высокое z в анодной. Если высокий импеданс анодной части смотрит на голодный рот, который представляет собой сетка триода, Вы можете легко вообразить, что действительно легко перегрузить этот импеданс с заметным уменьшением выходного напряжения. Типичный триодный выходной каскад может иметь емкость сетка-анод 15 пФ, плюс панелька (5 пФ), умножим на число Миллера (mu на 20 пФ на число Миллера драйвера...). В целом, типично это изменяется от 60 пФ при нуле на выходе до 400 пФ при полной амплитуде. Если импеданс около 50кОм (скажем 1/2 6SN7 с 20к резисторами в аноде и катоде), полоса пропускания анодной цепи под нагрузкой составит 8 кГц при полном размахе. Нижнее плечо не будет перегружаться и полоса составит 80 кГц или около того. Кроме того, Вам понадобится источник анодного питания 400 B, чтобы качать 40 вольт амплитуды, не говоря уже о том, что предыдущая лампа будет должна обеспечить 40 В на каскад фазоинвертора!
Сверхъестественно! Вот почему Williamson использовал комбинацию катодина и дифференциального усилителя. Это -хорошее решение. Катодин с расщепляет фазу с почти превосходным балансом и раскачивает намного более простую нагрузку в виде сеток усилителей напряжения на маленьком двойном триоде со средним mu (2 или 3 пФ вместо 15 или 20), который в свою очередь имеет тот же самый выходной импеданс и легко раскачивает сетки выходного каскада. Еще один вариант, который применяли немногие, использует мощный триод в катодине. EL34 в триодном включении с 4кОм в катоде/аноде может иметь достаточно низкий выходной импеданс, чтобы избежать проблем в звуковом диапазоне. Но все еще необходим 400 B источник…
"Парафазная" схема: Нечасто встречается, но была популярна в прошлом, потому что это обеспечивала сбалансированные сигналы при некотором усилении. В этом случае, часть сигнала с выхода каскада с общим катодом подается на другой такой же каскад, имеющий выходное напряжение такой же амплитуды и переворачивающий фазу. Трудность здесь состоит в том, что есть фазовый сдвиг между этими двумя выходами из-за небольшого различия группового времени задержки: к задержке на выходе первого каскада добавляется задержка на выходе второго. Это становится проблемой с увеличением частоты. Фактически мы нуждаемся в воспроизведении полосы гораздо шире той, что мы слышим, и гораздо шире полосы трансформатора (трансформаторов).
Причина состоит в необходимости сохранить естественный спад амплитуды обертонов исходного сигнала для получения естественности его звучания. Если я должен воспроизвести постоянный тон 40 кГц одновременно с тоном 41 кГц в комнате, полной людьми, что они будут слышать? Если бы Вы сказали - 1кГц, Вы выиграли бы все наличные деньги и призы. Это ответ тем, которые утверждают, что полоса 19,6 кГц (компакт-диск) должна быть достаточна для любого. Спектр резкого удара по ободу барабана содержит составляющие в диапазоне от 12 Гц до 125 кГц (зависит от барабанщика и барабана). Вы когда-либо слышали компакт-диск с естественно звучащими барабанами (или фортепьяно...)? Держу пари, нет. (Кстати, новые LP имеют равномерный спектр до 60 или 70 кГц, никакого крутого спада на верхней границе, и пилот-тон квадрафонических LP был на записях, а это что-то около 40 кГц...)
Дифференциальный усилитель: В базовой схеме дифференциального преобразователя несимметричного тракта в симметричный сигнал подан на одну сетку, другая заземлена. Дифференциальный каскад усиливает только разность напряжений между этими двумя входами. Дифференциальные каскады имеют два выхода -так же, как два входа: неинвертированный выход и инвертированный. Неплохо выглядит? В действительности, существует небольшая проблема. Одна лампа работает в схеме с общей сеткой, а другая с общим катодом. Это означает, что характеристики этих двух половин различны. У лампы с заземленной сеткой нейтрализация эффекта Миллера простирается до намного более высокой частоты чем у лампы с общим катодом. И усиление соответственно различается! Особенно с ростом частоты.
Есть, однако, еще одна причуда в этой схеме -взаимный баланс плеч управляется общим катодным импедансом. Если он действительно большой (как в источнике постоянного тока...), баланс почти совершенен, если он невелик, разбаланс может составлять целых 10% в предположении, что сопротивления в анодах равны. Большой или маленький -зависит от Rp (резистор в аноде).
Баланс может быть достигнут при использовании неодинаковых резисторов в анодах (ACRO UL-2, например) или подстроен потенциометром номиналом 10% от Rp (инструментальные усилители Тectronix). Если эти меры приняты, дифференциальный усилитель способен обеспечивать и усиление, и расщепление фазы. Сложность схемы -значительно больше чем у трансформаторной или схемы с разделенной нагрузкой, при этом, необходимо биполярное питание, чтобы получить действительно хорошее функционирование. Инвертор "Mullard" -разумный компромисс, часто встречается в усилителях Altec и Marantz из США, он объединяет непосредственно соединенные каскад с общим катодом и "плавающий" дифкаскад с подачей постоянного напряжения на обе сетки, одна из которых заземлена по переменному току при помощи RC фильтра. Это оправданно, так как не требуется сложное электропитание, чтобы качать изрядную амплитуду, и схема может иметь превосходный баланс и симметричные выходные импедансы. Но теперь, если Вы не можете непосредственно подключить выход фазоинвертора к сеткам оконечного каскада, у Вас один выбор -использовать конденсаторы, чтобы блокировать постоянное
напряжение.
Многие из Вас произнесут -"Ни за что"! А что это действительно означает?
В отличие от трансформаторов, конденсаторы хуже работают при низких уровнях сигнала. При повышении уровня они работают лучше. Чем больше емкость, тем больше проблема. Причина кроется в свойствах диэлектрика. Утечки и абсорбция "размывают" сигнал.
Трансформаторы работают все хуже и хуже с ростом амплитуды. Причина этому -в железе. И железо, и диэлектрик подвергаются воздействию физических полей. А почему? Накопление энергии и в индуктивности, и в емкости происходит именно в полях, окружающих проводники -магнитном и электрическом. Поля эти могут быть источником искажений, поскольку существуют одновременно и имеют различные амплитуды и фазы. Конечно, полистироловые и фторопластовые конденсаторы минимизируют "диэлектрические" проблемы (бумага -наихудший вариант с точки зрения абсорбции, хотя и может быть усовершенствована некоторыми типами пропиток), но очевидно, что выбор конденсаторов есть важный фактор, определяющий характеристики RC -схем. Именно поэтому межкаскадный трансформатор с хорошим экранированием, без каркаса и межслойной изоляции (опять диэлектрик!) на сердечнике с высокой магнитной проницаемостью может заметно лучше работать даже при больших уровнях…
Надеюсь, этим я ответил на вопрос о возможных вариантах. Как видим, есть несколько вполне работоспособных схем. Каждая обладает и некоторыми преимуществами, и некоторыми недостатками.
Попробуйте уяснить главное -раскачивать мощные триоды непросто. Для достижения выдающихся результатов потребуется принятие экстраординарных мер. По большей части это означает внимательный с выяснением причинно-следственных связей его реальных характеристик. Будьте осторожнее при согласовании выходных импедансов и соответствующих нагрузок. Внимательность почти всегда дает хорошие результаты.
© J.C. Morrison The Fi Primer, 1993 г.
Комментарии к статьям на сайте временно отключены по причине огромного количества спама.
