Содержание

Уменьшение искажений подавлением (компенсацией)

Как известно, каскад усиления, построенный по схеме с общим катодом, инвертирует усиливаемый сигнал. В предыдущем параграфе уже обращалось внимание, что в усилителях на лампах-триодах, определяющим фактором в искажениях является асимметричное усиление положительных и отрицательных полуволн аудиосигнала, в следствие нелинейности характеристик ламп. Теоретически, если два усилителя с общим катодом на одинаковых триодах работают в каскаде, и каждый каскад инвертирует сигнал, искажения второго триода являются инвертированными по отношению к искажениям, первого триода, и должно происходить их подавление за счет компенсации. Тем не менее, маловероятно, что это происходит в значительном диапазоне. Искажения пропорциональны уровню сигнала, и, потому что обе лампы обладают усилением, второй каскад работает с существенно более высоким уровнем сигнала, и, следовательно, генерирует большие искажения, чем первый каскад. Таким образом, хоть и происходит небольшое подавление искажений в следствие компенсации, но выигрыш всего лишь пропорционален ~ 1/А₂, где А₂ — коэффициент усиления по напряжению второго каскада. Например, если второй каскад построен на триоде типа 76 (μ = 13), и коэффициент его усиления А_v = 10, то можно уменьшить искажения от 1 % до 0,9%, что вероятнее всего меньше, чем разброс уровня искажений в разных экземплярах любых электронных ламп.

Исходя из вышеизложенного, возникает вопрос возможно ли, выбрав лампу второго каскада намного более линейную, чем лампа первого каскада, добиться того чтобы их искажения полностью компенсировали друг друга, будучи равными и противофазными? Лампы с низким значением внутреннего статического коэффициента усиления μ являются наиболее линейными. В этом смысле, в качестве лампы второго каскада неплохо подошел бы тип 845 (μ = 5,3), который может обеспечить коэффициент усиления A_v = 4. Для компенсации искажений, первый каскад должен генерировать нелинейный продукт в четыре раза интенсивнее, чем второй. Этого удобнее всего достичь регулировкой напряжения смещения первой лампы, то есть подбором ее рабочей точки. Тем не менее, компенсация искажений таким способом критически зависима от коэффициентов усиления ламп, и во многом определяется значением сопротивления нагрузки R_H. Также важный вклад вносит и громкоговоритель, являющийся нагрузкой усилителя, поскольку его полное сопротивление меняется с частотой. На практике рассмотренным способом можно достичь снижения уровня нелинейных искажений по 2-й гармонике на 6 дБ.

Подавление искажений методом компенсации надежно достигается только в том случае, если электронные лампы двух каскадов являются идентичными и имеют одинаковые режимы и нагрузки.

Подавление искажений в двухтактном каскаде

Двухтактные каскады очень широко применяется в качестве оконечных ступеней усилителей мощности и будут подробно рассмотрены. Особенностью работы двухтактного каскада является то, что при условии симметрии схемы, на вторичной обмотке выходного трансформатора наводится напряжение только на нечетных гармониках, а все четные гармоники подавляются. Если лампы, образующие двухтактный каскад, будут генерировать нелинейный продукт преимущественно на второй гармонике, что свойственно триодам, уровень нелинейных искажений двухтактного каскада теоретически окажется очень низким.

Таким образом, двухтактный выходной каскад усилителя, построенный на триодах, работающих в режиме класса А с трансформаторным выходом удовлетворяет практически всем условиям для подавления нелинейных искажений. При работе в режимах класса АВ или В неизбежно будут возникать специфические искажения, вследствие нелинейности статических характеристик ламп в области отсечки анодного тока, а потому, если требуется низкий уровень нелинейных искажений, всегда нужно отдавать предпочтение режиму класса А.

Говоря о хорошем подавлении нелинейного продукта на четных гармониках в двухтактном усилителе, нельзя не забывать о том, что пока две электронные лампы двухтактного каскада не будут точно согласованы друге другом по коэффициенту усиления и не будет обеспечен баланс по постоянному току, то подавление четных гармоник не будет полным в следствие асимметрии схемы. На практике в двухтактном каскаде обычно, удается достичь подавления четных гармоник примерно на 14 дБ, потому что сильная связь между двумя первичными полуобмотками выходного трансформатора облегчает задачу установить баланс по переменному току.

Подавление искажений в дифференциальной паре

Дифференциальная пара с приемником неизменяющегося (стабильного) тока теоретически обеспечивает оптимальные условия для подавления нелинейных искажений, потому что ток полезного сигнала вынужден проходить между двумя электронными лампами без потерь. При условии, что эквивалентные сопротивления нагрузок обеих ламп согласованы, размах напряжения на каждом аноде должен быть одинаковым, а сами анодные напряжения противофазными, теоретически обеспечивая идеальное подавление нелинейного продукта на 2-й гармонике. Резисторы анодной нагрузки могут быть легко согласованы с точностью до 0,2% путем измерения падающих на них напряжений по цифровому вольтметру. Если к каждому аноду дифференциальной пары подключен в качестве нагрузки катодный повторитель, то паразитная емкость становится небольшой, так что на звуковых частотах любой разбаланс является незначительным. Даже при частоте полезного сигнала 20 кГц, реактивное сопротивление Х_с = 1,6 МОм для входной емкости величиной 5 пФ обычного катодного повторителя, существенно больше, чем сопротивление резисторов анодной нагрузки, которое часто выбирается равным 47 кОм.

В качестве примера, лампа двойной триод типа 6SN7GT компании Маллард с хорошо согласованными половинами сравнивалась в различных схемах (классический усилитель с общим катодом, дифференциальная пара и μ-повторитель) при величине анодного тока I_a = 7,5 мА, анодном напряжении 230 В, и размахом сигнала +14 дБ на аноде. Были выполнены измерения между анодами дифференциальной пары на уровне +20 дБ, соответствующим +14 дБ на каждом аноде (рис. 4.14).

В табл. 4.4. можно видеть, что дифференциальная пара подавляет четные нелинейные гармонические искажения на 26 дБ, но суммирует нечетные гармоники. Хотя уровень 0,0035% 3-й гармоники не представляет проблемы, это показывает, что идеальная дифференциальная должна строиться на лампах, которые создают небольшое количество искажений на нечетных гармониках. И наоборот, μ-повторитель не так эффективно уменьшает 2-ую гармонику, но уровень всех других гармоник был ниже пределов надежного измерения измерителя искажений.

Информация

Текстиль в Иваново

Фермерское — сельское хозяйство — информационный портал для фермеров и садоводов России.

Основные группы электрических цепей тепловоза

Поставка коммутаторов Allied Telesis, Cisco и D-Link.

Продолжение