|
При проведении нагрузочной линии каскада с несимметричным выходом предполагалось, что выходной трансформатор является
идеальным. Так как это не соответствует реальной действительности, необходимо рассмотреть, каким образом неидеальности трансформатора
влияют на работу каскада. К сожалению, по первичной обмотке выходного трансформатора протекает постоянный ток покоя (Iquiescent),
то есть постоянная составляющая анодного тока. Для того, чтобы сердечник трансформатора не насыщался, что вызвало бы
искажения за счет нечетных гармоник, да и перегрев самого сердечника, необходимо использовать большой сердечник с зазором.
Другим методом избежать насыщения магнитопровода трансформатора является уменьшение количества витков первичной обмотки,
что уменьшит эффект намагничивания током покоя, но это также уменьшит величину индуктивности первичной обмотки.
Обычно должны использоваться оба метода, которые на практике приводят к увеличенным геометрическим размерам трансформатора
и низкому значению индуктивности первичной обмотки в рабочей точке. Благодаря своим большим размерам трансформатор также
имеет большую величину паразитной емкости, что снижает эффективность работы на высоких частотах. Как правило, используемые
в подобных схемах трансформаторы обладают большими размерами, они дорогие и имеют такую полосу пропускания, которую можно
считать компромиссом по сравнению с применением двухтактных трансформаторных каскадов.
Таким образом, можно было бы прийти к заключению, что каскад усиления мощности с несимметричным трансформаторным выходом
при высоких требованиях к качеству является труднореализуемым на практике, однако, что любопытно, это не совсем так. Если
рассмотреть кривую начального намагничивания трансформаторного железа (рис. 7.3), то можно понять причину недавнего возрождения
интереса к данным схемам.
Рис. 7.3 Гиперболизированная для наглядности зависимость магнитной индукции В от напряженности внешнего магнитного
поля H трансформаторного железа
В случае трансформатора кривую намагниченности можно рассматривать в качестве передаточной характеристики, показывающей
зависимость между входным Vin и выходным Vout напряжениями. Если бы отсутствовала
составляющая постоянного тока, протекающего через трансформатор, то размах амплитуд сигнала переменного тока был бы симметричен
относительно начала координат. В случае малосигнального приближения на характеристике около начала координат имеется перегиб,
на котором наклон кривой уменьшен. Так как магнитная проницаемость сердечника пропорциональна наклону кривой, то при малых
значениях Н индуктивность первичной обмотки трансформатора (Lp) будет небольшой. На низких частотах
уменьшенное значение индуктивности Lp снижает усиление и увеличивает искажения выходного каскада.
Ответственными за появление перегиба на характеристике являются отдельные магнитные домены, из которых состоит материал
сердечника, и которые обладают некоторой инерционностью при изменении направления их вектора намагниченности. (Точно такой
же эффект наблюдается в электростатике, когда наблюдается такое же запаздывание в изменении пространственной ориентации (дипольной
поляризации) электростатических зарядов полярных материалов, таких как полистирол и поликарбонат.) В недавно ставшем популярным
техническом решении, известном под названием «пинстрайпинг — изготовленный из полосок» для изготовления магнитного сердечника
используется смесь тончайших полосок из стали и мю-металла. Магнитный сплав, получивший название мю-металл, имеет значительно
более высокую начальную магнитную проницаемость, в силу чего обеспечивается высокое значение Lp при
низких уровнях Н, при этом этот материал очень быстро насыщается. Но в точке насыщения мю-металла основную роль начинают
играть уже частицы железа; таким образом, пинстрайпинг может значительно улучшить начальную магнитную проницаемость сердечника.
К сожалению мю-металл является хрупким и более дорогим материалом, по сравнению с электротехнической сталью, из которой
делаются большинство трансформаторов для усилителей звуковой частоты.
С другой стороны, в случае прохождения тока покоя лампы через первичную обмотку трансформатора удается обойти проблему
низкой начальной магнитной проницаемости и улучшить линейность передаточной характеристики. Это, возможно, объясняет ряд
заявлений о прекрасных характеристиках таких усилителей в середине акустического диапазона.
Хотя трансформатор имеет низкое значение индуктивности первичной обмотки, что предполагает плохую отдачу на низких частотах,
хорошо спроектированный и изготовленный сердечник менее склонен насыщаться на низких частотах, так как он обязан иметь увеличенные
размеры и иметь зазор, чтобы удовлетворить условиям, определяемым наличием тока покоя. Благодаря этому значение Lp
почти постоянно при изменении выходной мощности по переменному току от нулевого до номинального значений. При условии
тщательного подбора и согласования громкоговорителя можно получить высококачественное воспроизведение низких частот, так
как индуктивность практически не изменяется с изменением уровня выходной мощности.
К сожалению, этого нельзя сказать о воспроизведении высоких частот. Большой, неэффективный выходной трансформатор создает
слишком большие потери в высокочастотном диапазоне, хотя ряд конструкций помогает решению и этой проблемы.
С целью снижения искажений в усилителях с несимметричным выходом используются, как правило, наиболее линейные триоды
с прямым накалом катодов, такие, например, как 2АЗ, 300D, 211 и 845, а не лучевые тетроды, либо пентоды, подключаемые по
схеме триода. К сожалению, прямонакальным катодам свойственно наличие фона переменного тока в случае их питания переменным
током от накальной обмотки силового трансформатора.
Кратко резюмируя изложенное, необходимо отметить, что построенные на ламповых триодах усилители с несимметричным выходом
характеризуются хорошим воспроизведением при низких уровнях выходной мощности, обладают хорошими характеристиками в среднечастотном
диапазоне, но требуют самого тщательного согласования громкоговорителя в случаях, когда требуется получить максимально эффективную
отдачу на низких частотах и малых уровнях мощности (как правило, не превышающих 10 Вт). Дополнительно к этому они чрезмерно
дороги из-за высокой стоимости выходного трансформатора и использования довольно дорогих триодов. Пентодные усилители с
несимметричным выходом, используемые в 60-х годах прошлого века в бытовой аппаратуре (радиолах, магнитофонах, телевизорах),
не обладали ни одной из этих характеристик, за исключением низкой выходной мощности.
|
