|
Автор прекрасно осознает, что предлагаемый ниже симметричный предусилитель представляет с эволюционной точки зрения тупиковый
вариант (хотя в обобщенном с философской точки зрения виде данное условие не казалось вызывающим особую тревогу в течение
нескольких последних миллионов лет). Идеальной схемой могла бы являться таковая, в которой сигнал оставался бы уравновешенным
на всем своем пути прохождения от симметричного звукоснимателя, или цифро-аналогового преобразователя, до двухтактного выходного
каскада, но это исключало бы использование активных кроссоверов (активные кроссоверы и без того являются достаточно сложными,
чтобы вдобавок пытаться делать их еще и симметричными). Тем ни менее, симметричный предусилитель выполняет огромную роль
в улучшении чувствительности в том случае, если должны использоваться пассивные громкоговорители или электростатические
головные телефоны вкупе с предназначенным для них усилителем. Поэтому схема была сохранена (рис. 8.30).
Входной каскад
Для того, чтобы реализовать все без исключения преимущества использования симметричной работы, в данном предусилителе
был использован специально разработанный компанией Sowter Transformers of Ipswich повышающий трансформатор для звукоснимателя
с подвижной катушкой имеющего сопротивление 3 Ом. Первая модификация трансформаторов типа 8055, входная обмотка которых
питалась от источника, имеющего сопротивление 3 Ом, в выход представлял собой чисто активную нагрузку с сопротивлением
2,7 кОм, имела абсолютно плоскую амплитудно-частотную характеристику с отклонением ±0,1 дБ в диапазоне частот от 12 Гц до
100 кГц, тогда как ВЧ фазо-частотная характеристика имела чистую задержку ± 1° до частоты 50 кГц.
В трансформаторе 8055 имеется электростатический экран, расположенный между первичной и вторичной обмотками, в силу чего
паразитные емкости первичной обмотки относительно земли были уравновешены, что приводило к идеальному ослаблению шума синфазных
сигналов. В качестве иллюстрации, демонстрирующей действенность такое ослабления, автор может привести пример, когда он,
установив максимальную громкость регулятором звука, прикасался к одной из игл звукоснимателя по отдельности (самый плохой
из всех возможных вариантов), и при этом он не слышал звука в своих наушниках.
В первом дифференциальном каскаде используется вспомогательный транзисторный каскод, обеспечивающий постоянную токовую
нагрузку, позволяющую улучшить ослабление шума синфазного сигнала. Несмотря на то, что для первого каскада в качестве элемента,
задающего постоянную токовую нагрузку, могла использоваться цепь типа «кольцо из двух элементов», каждый транзистор вынужден
был бы работать при очень низких значениях напряжений, что не только сделало бы цепь более чувствительной к ВЧ перегрузкам, но также
привело бы к уменьшению протяженности обедненной области внутри каждого транзистора и, следовательно, увеличению выходной
емкости транзистора. Эти два фактора потребовали использования дополнительного источника отрицательного напряжения, а после
того, как эта досадная необходимость была принята, мог быть использован ВЧ транзистор в качестве элемента, обеспечивающего
превосходную постоянную токовую нагрузку, позволяя, таким образом, с честью выйти из положения.
Рис. 8.30 Схема полностью симметричного предусилителя
Обмотка входного трансформатора используется для задания сеточного смещения входного дифференциального усилителя. Нагрузкой
трансформатора в чистом виде является нагрузочный резистор, включенный параллельно вторичной обмотке трансформатора, причем,
для более высокого качества звучания должен быть использован фольговый объемный резистор. Так как в дифференциальном усилителе
используются не комбинированные лампы, а изготовленные в индивидуальном баллоне каждая, то легко подобрать согласованные
пары, имеющие одинаковые значения анодных напряжений, следовательно, дополнительные меры по настройке баланса в статическом
режиме не являются необходимыми.
Звукосниматель с подвижной катушкой требует два совершенно одинаковых значения сеточных напряжений смещения, причем каждая
из половины требуемого значения определяется, как нагрузка звукоснимателя (рис. 8.31).
Рис. 8.31 Схема сеточного смещения для симметричного входа
Один момент, который не является очевидным с первого взгляда, заключается в том, что при включении звукоснимателя на
два входа каскада, построенного по симметричной схеме, входные емкости ламп для звукоснимателя или трансформатора оказывается
включенными последовательно, поэтому величина емкости будет составлять половину значения входной емкости одной лампы (рис.
8.32).
Рис. 8.32 Снижение значения емкости Миллера со стороны звукоснимателя при симметричном включении
Второй каскад и постоянная времени 75 тс
Для прямой, непосредственной связи первого каскада предусилителя со вторым каскадом на катоды второго каскада необходимо
подавать напряжение с увеличенным значением, и кажется неизбежным использование элемента, задающего постоянную токовую нагрузку.
Исключительно высокие рабочие характеристики (≈ 1 МОм || 3 пФ), простота и низкая стоимость пентода типа EF184, задающего
постоянную токовую нагрузку, делают его необычайно привлекательным в этом качестве, а проблемы, связанные с увеличенным уровнем
шумом пентода, выглядят на этом фоне незначительными. На частоте 20 кГц конденсатор с емкостью 3 пФ имеет реактивное сопротивление
порядка 2,7 МОм, поэтому ослабление синфазного сигнала в пределах звукового диапазона частот будет в основном определяться
точностью согласования режимов двух половин лампы типа Е88СС и значением паразитных емкостей.
Так как между лампами первого и второго каскада осуществляется непосредственная связь, вероятность блокирования практически
отсутствует, поэтому в предусилителе становится невозможным процесс преобразования ультразвуковых импульсов (пучков), приводящий
к длительной перегрузке в низкочастотном диапазоне. Помимо этого, во втором каскаде нет необходимости использовать резисторы
сеточного смещения, поэтому исключаются дополнительные потери величиной 1,6 дБ, вносимые цепью с постоянной времени 75 мкс
в схеме базового предусилителя. Все же это лучше, чем ничего.
Постоянная времени 75 мкс достигается симметричным режимом работы, а шунтирующий конденсатор может быть смонтирован на
ламповой панели, при этом следует использовать минимальную длину соединительных выводов для минимизации паразитной емкости.
Если корпуса последовательно включаемых резисторов будут расположены как можно ближе к выводам ламп, то в этом случае оказывается
возможным удвоить выполняемую ими роль, используя в качестве либо ограничивающих
резисторов цепи смещения, либо, подавляющих действие обратной связи. Для лучшего понимания процесса коррекции необходимо
перерисовать принципиальную схему в виде двух несимметричных схем (рис. 8.33).
Рис. 8.33 Пояснение действия коррекции с постоянной времени 75 мкс для симметричного режима работы
Значения величин сопротивления R и емкости С рассчитываются точно так же, как и прежде, однако, следует отметить, что
если сигналы уравновешены, то средняя точка добавленных в схему конденсаторов должна быть заземлена по переменной составляющей,
поэтому совершенно безнаказанно можно отключить ее от земли, оставив два конденсатора включенными последовательно, А они,
в свою очередь, могут быть заменены одним конденсатором, имеющим половинное значение емкости, что позволяет, в итоге, уменьшить
вероятность инжектирования шума из заземляющей шины в полезный звуковой сигнал. Дополнительным преимуществом является то,
что через конденсатор протекает очень маленькая составляющая тока, поэтому становится допустимым меньшее значение рабочего
напряжения для используемого конденсатора.
Постоянные времени 3180 мкс и 318 мкс объединенных цепей коррекции и связанный с ними катодный повторитель
Так как объединение параметров цепей должно быть достигнуто для симметричной работы, величина емкости конденсатора должна
делиться пополам, а так как на конденсаторе практически отсутствует падение постоянного напряжения, то становится значительно
легче подобрать элементы, имеющие наиболее высокий класс точности. В результате симметричной работы объединенных цепей коррекции
с постоянными времени 3180 мкс и 318 мкс становится необходимым использование двух катодных повторителей, что в итоге приводит
к симметричному выходу блока RIAA, отвечающего за согласование
проигрывателя грампластинок. Анодные напряжения Va катодных повторителей
значительно ниже идеальных значений, необходимых для высокой линейности характеристик. Поэтому для исправления этой проблемы,
нагрузки с постоянным значением тока были заменены резистивными нагрузками. Таким образом, фактически пентод типа EF184
вместе с панелью крепления, и с устанавливающим ток резистором, являясь весьма недорогими (правда, это не относится к случаю,
когда иной простофиля готов отдать 102,5 долл. США за пару пентодов EF184, укомплектованных сетевой операционной системой
Brimar и посадочным местом, соответствующим стандарту eBay) заменяют собой выходной конденсатор связи с емкостью 2,2 мкФ,
а высокие значения анодных токов Ia катодных повторителей позволяют блоку частотной коррекции RIAA достаточно
изящно управлять работой полупроводникового оборудования.
Линейный каскад и регулятор громкости звука
Дифференциальный усилитель с используемой в нем лампой 6ВХ7 предваряется симметричным переключаемым аттенюатором (подробности
расчета и конструкции приведены ранее). Низкое значение коэффициента усиления m лампы 6ВХ7 обеспечивает минимальные значения
емкости Миллера и сопротивления rа, делая возможным ее использование в линейном каскаде. Лампа 6ВХ7
требует для работы элемента, поддерживающего достаточно точное значение постоянной токовой нагрузки, так как ее низкое значение
усиления, помимо всего, может привести к крайне низкому значению коэффициента ослабления синфазного сигнала.
Хотя принято считать, что симметричный режим работы практически устраняет искажения вторых гармоник, это положение будет
справедливым только при условии, что в каждом плече генерируются равные по величине помехи. К сожалению, выполненные автором
многочисленные исследования показали, что в самом худшем случае одна половина лампы 6ВХ7 может генерировать помехи, четырехкратно
превышающие уровень помех, генерируемых во второй половине лампы, что сводит на нет всякую надежду избавиться от помех за
счет симметричной работы. Если имеется возможность производить измерения уровня помех (например, в наличии имеется 16-битовая
48 кГц звуковая компьютерная карта, обеспечивающую возможность вести запись, и соответствующее программное обеспечение),
то, естественно, может возникнуть желание использовать пару ламп с согласованными уровнями искажений, например, 6АН4 или
12В4А, вместо того, чтобы искать среди комбинированных ламп 6ВХ7 такую, в которой пара триодов обеспечит действительно низкие
искажения.
Симметричная схема соединений и контуры протекания тока фонового шума
Вход предусилителя, предназначенный для проигрывателя грампластинок, оснащенного звукоснимателем с подвижной катушкой,
является очевидным местом для использования симметричной схемы соединений из-за значительного снижения уровня
фонового шума. Однако в настоящее время становится популярным использование симметричной схемы соединения между линейным
каскадом и усилителем мощности. Однако, если необходимо получить максимальные преимущества, то надо будет очень тщательно
продумать выполнение соединений заземляющей шины нулевого потенциала сигнала и шасси каскадов с каждой стороны.
Термин «симметричный или уравновешенный» подразумевает совершенно одинаковые значения импедансов и напряжений относительно
земли всех без исключений проводников, передающих сигнал. Если в выходном каскаде используется выходной трансформатор с
отводом от средней точки, то очень соблазнительным выглядит соединение средней точки с землей. Однако это снизит ослабление
наведенных шумов, так как выходной трансформатор не может иметь (по определению) абсолютно идеальной средней точки, поэтому
это приведет к небольшому дисбалансу системы. Совершенно аналогично, входной трансформатор усилителя мощности (если таковой
имеется) должен оставаться незаземленным («плавающим») чтобы избежать дисбаланса системы.
С каждого конца межсхемного соединения экран должен быть подключен непосредственно к шасси. Так как шасси каждого каскада
соединено с землей с использованием защитного заземляющего провода сетевого питания (при условии наличия в штепсельной розетке
и сетевых кабелях защитного провода), то образуется контур для протекания фонового тока. Однако, так как сигнал не проходит
по экрану, замкнутые токи фонового шума в подобных контурах не вызывают особых проблем.
Контуры фонового шума и несимметричный входной каскад
Все несимметричные входные каскады являются весьма восприимчивыми к помехам, возникающим в замкнутых контурах при протекании
фоновых токов. Однако решение проблемы возможно даже в случаях, когда не удается разорвать указанные контуры.
• В соответствии с законом Ома V = IR, то есть напряжение
шума всегда прямо пропорционально сопротивлению проводника с нулевым потенциалом, поэтому использование проводников с большим
поперечным сечением снижает шумы.
• Если «подвешенная» земля с нулевым потенциалом усилителя теряет идеальный
контакт с заземлением, то основная часть напряжения помех, образованного фоновыми токами, будет генерироваться на этом «переходном
сопротивлении», а не на распределенном сопротивлении кабеля. Полный обрыв заземления усилителя предполагает, что для него
остается единственная возможность усиления разностного сигнала, возникающего между «подвешенной» землей с нулевым потенциалом
и соответствующим входом усилителя. Но дефектность проводника, образующего «подвешенную» землю с нулевым потенциалом может
легко нарушить это жизненно важное требование. К сожалению, полное удаление контакта «подвешенной» земли с нулевым потенциалом
подвергает усилитель воздействию ВЧ дисбаланса (нарушения равновесия) силового трансформатора,
поэтому на практике величина «переходного» сопротивления на землю составляет порядка
100 Ом, или несколько меньшее значение.
• В области низких частот дисбаланс силового трансформатора не представляет
проблемы, поэтому импеданс «переходного» заземления может быть увеличен. Как правило, для этих целей используется конденсатор
емкостью 10 нФ включаемый параллельно с «переходным» сопротивлением заземления 100 Ом.
• Часть разработчиков развивает данную концепцию еще дальше и рассматривает
«подвешенную» землю на высокой частоте в качестве линии передачи. Следовательно, они пытаются в конце экрана такой линии
использовать специальные оконечные переходники, имеющие импедансы с соответствующими ВЧ характеристиками (как правило, 50
Ом для ВЧ коаксиального кабеля, либо 110 Ом/2 для витой пары).
|
