Содержание

Вариант блока частотной коррекции RIAA с использованием лампы типа ЕС8010

Основной упор при описании блока частотной коррекции стандарта RIAA, в котором использовалась электронная лампа типа 5842, был сделан на то, чтобы показать, как достичь очень значительного снижения помех относительно уровня, характерного для базовой модели предусилителя. Новый вариант блока частотной коррекции, — модель, в которой использована лампа типа ЕС8010, сохранил свойства предшественника по улучшению шумовых параметров, но в ней предпринята попытка также значительно снизить искажения.

Когда игла пересекает пылинку или микротрещину, генерируется импульс тока, имеющий значительную по величине постоянную составляющую. В наихудшем случае, при связи по переменной составляющей, перегрузка вызывает блокирование, однако даже небольшая составляющая по постоянному току, приведшая к накоплению заряда на катодном блокировочном конденсаторе, вызывает затягивание процесса во времени, поэтому необходимо будет избегать катодного смещения, задаваемого резистивно-емкостными способами.

Входной каскад

Важнейшим требованием к входному каскаду является необходимость генерировать минимальные собственные шумы, для чего необходимо использовать лампы, имеющие низкое значение крутизны характеристики, поэтому в нижеприведенной таблице

лампы сгруппированы по этому основополагающему принципу.

Значения, приведенные в табл. 8.7, отличаются в меньшую сторону от паспортных значений, приводимых производителями ламп, так как они отражают реальные величины, которые можно получить в реальной схеме. В качестве очень простого правила, применяемого на практике для быстрой оценки, что называется, «на глазок», можно считать, что лампы, спроектированные для работы с высокими значениями крутизны gm, как правило, достигают значения крутизны, лежащего в промежутке между однократным и полуторакратным значениями их анодных токов. Иными словами, для лампы типа Е81 OF требуется анодный ток I_a=35 мА, чтобы получить значение gm ≈ 50 мA/мВ. Это делает ее сравнительно дорогой для применения, поэтому круг выбора лампы сужается и замыкается на семействе ламп, имеющих значение крутизны порядка gm ≈ 20.

Остановившись на данном семействе ламп, необходимо произвести выбор величины анодного тока. Так как крутизна лампы gm пропорциональна анодному току I_a, то можно задать максимально возможное из практических соображений значение, поэтому автор остановил свой выбор на значении I_a = 15 мА, так как такое значение анодного тока обеспечивает большую часть требуемых значений крутизны gm. После этого необходимо выбрать напряжение сеточного смещения V_gk. Многие производители ламп устанавливают значение напряжения V_gk < 1 B, однако, когда автор исследовал спектр искажений лампы типа 5842 относительно изменения величины V_gk, он обнаружил, что при значении V_gk < 1,3 В незначительные изменения катодного смещения полностью изменяют спектр искажений.

При значениях напряжения смещения V_gk > 1,5 В, вклад высших гармоник уменьшается, они становятся более стабильными, поэтому для того, чтобы задать напряжение смещения лампы, проще всего использовать недорогой красный светоизлучающий диод (СНД). Он поддерживает напряжение смещения V_gk ≈ 1,7 В. Такое значение напряжения смещения при значении анодного тока I_а = 15 мА обеспечивает значение анодного напряжения лампы V_a= 126 В.

После определения рабочих параметров лампы можно определить значение сопротивления (проволочного) резистора анодной нагрузки, R_L (см. принципиальную схему каскада на рис. 8.34). Теоретически, увеличение значения сопротивления R_L увеличивает собственные шумы υ_n = √4kTBR), однако, их значение, как правило, ослабляется использованием делителя напряжения, образованного внутренним выходным сопротивлением лампы r_a и резистором R_L, а изменение величины сопротивления выше предельного значения изменяет только окончательную величину отношения сигнал/шум, да и то только в пределах 1 дБ. Основным фактором, определяющим величину сопротивления R_L, является величина высоковольтного питающего напряжения, используемого в схеме. Если исходить из того, что необходимо иметь достаточно большое значение сопротивления резистора, обеспечивающего достаточное падение на нем высоковольтного напряжения и, следовательно, достаточное его сглаживание, то значение высоковольтного напряжения первого каскада должно составлять примерно 300 В, либо несколько меньшее значение. Так как на самой лампе падает напряжение 126 В, то на резистор R_L придется падение напряжения порядка 174 В, что по закону Ома приведет к значению R_L< 11,6 кОм. Резистор R_L в этом каскаде должен рассеивать достаточно большую мощность, а так как остается актуальным еще и требование снижения избыточных шумов, то становится необходимым применение проволочных резисторов. Поэтому выбор останавливается на резисторе, соответствующем нормали Е6, в которой наиболее близкое значение сопротивления к необходимому расчетному оказывается равным 10 кОм. Как правило, широко доступными на практике являются проволочные резисторы, относящиеся по классу точности только к нормали Е6.

Рис. 8.34 Схема входного каскада с использованием лампы EC80I0, смещение на которой задается с использованием СИД

После того, как определено значение сопротивления резистора анодной нагрузки R_L и известна величина протекающего по нему тока, можно определить точное значение требуемого высоковольтного напряжения питания. Падение напряжения на резисторе составляет 150 В, значение анодного напряжения лампы V_a= 126 В, следовательно, для входного каскада необходим источник с высоковольтным напряжением 276 В.

После того, как схема входного каскада разработана, необходимо оценить ее с точки зрения уровня возникающих искажений. Схема тестировалась при уровне выходного напряжения +18 дБ, который позволил поднять гармоничные искажения выше уровня шумов, но все же ниже уровня ограничения сигнала. Было проверено двадцать шесть экземпляров ламп, принадлежащих к семействам ЕС8010,5842,417А. Результаты испытаний оказались очень близкими как по суммарному уровню общих гармонических искажений и шуму, так и по индивидуальным уровням искажений, поэтому ниже приводится наиболее характерный результат измерений (рис. 8.35).

Рис. 8.35 Характерный спектр искажений для ламп семейств ЕС8010, 5842, 417А при уровне усиления +18 дБ

Основные искажения определяются второй гармоникой с уровнем — 44 дБ (0,65%), уровень четвертой гармоники, расположенный ниже него на 54 дБ, является практически пренебрежимо малым уровнем —98 дБ. Так как для триода искажения пропорциональны их уровню, можно предсказать искажения для предполагаемого рабочего режима. Необходимое номинальное значение входной чувствительности должно составлять 2,5 мВ среднеквадратического значения для скорости перемещения иглы 5 см/с. Пересчитывая эти значения в относительные уровни, выраженные в децибелах, получим:

Однако известно, что прогнозируемые значения пиков будут превышать полученное значение на 12дБ, поэтому уровень пиков составит: - 50дБ + 12дБ = -38дБ. При использовании лампы типа ЕС8010 каскад имел рассчитанный по результатам измерений коэффициент усиления 32 дБ, следовательно, прогнозируемые значения пиков на выходе каскада достигнут уровня: —38дБ + 32 дБ = - 6 дБ. Исследования искажений проводились при уровне усиления +18 дБ, который на 24 дБ превышает уровень —6 дБ, следовательно, искажения при уровне —6 дБ будут на 24 дБ ниже, чем полученные в результате измерений при уровне + 18 дБ. Таким образом, искажения на уровне —6 дБ составят: —44 дБ — 24 дБ = —68 дБ, что составит 0,04%. Следует признать, что получен вполне удовлетворительный результат. В случае, если предпочтительнее использовать более выразительные цифры, то вместо использованных уровней можно использовать искажения при номинальном уровне скорости перемещения иглы, равном 5 см/с, что уменьшит полученный результат до значения 0,01 %.

Теперь следует проверить величину входной емкости каскада. Для лампы ЕС8010 в технической документации компании Сименс (Siemens) приводится значение проходной емкости С_ag — 1,4 пФ, однако это значение должно быть умножено на член (1 + A_υ), что дает значение емкости Миллера, равное 57 пФ. Величина входной емкости С_in составляет 7 пФ, поэтому суммарное значение входной паразитной емкости составит 64 пФ. Так как автор уже имел на своем лабораторном столе экземпляр данного каскада, то проверить на практике рассчитанное значение входной емкости не составило труда.

Полученное значение весьма сильно отличается от предсказанного теоретическим путем. Так как известно значение коэффициента усиления A_v каскада, значение проходной емкости С_ag может быть рассчитано по известному уравнению Миллера:

Включенный последовательно с выходом генератора резистор совместно с входной емкостью С_input образует фильтр нижних частот. Хотя сама величина сопротивления резистора не имеет очень большого значения, но необходимо знать точное значение его сопротивления. Точка характеристики фильтра, соответствующая частоте среза по уровню —3 дБ, может быть определена настройкой генератора на частоту, при которой амплитуда выходного сигнала проверяемого каскада упадет на 3 дБ, либо его фаза (относительно амплитуды входного сигнала) не изменится на 135° (180° — 45°). Если использовать резистор с сопротивлением 18 кОм, то частота среза сигнала по уровню — 3 дБ f_-3дБ составит 46,9 кГц.

Как указывается в технической документации производителя ламп, в данном уравнении емкость С_iп представляет емкость сетки относительно всех остальных электродов лампы, плюс небольшое значение для паразитных емкостей, скорее всего, от 2 до 5 пФ, в зависимости от применяемых схем измерений параметра.

Так как производители ламп указывают значение проходной емкости С_аg = 1,4 пФ, значение емкости, равное 4,6 пФ, представилось несколько обескураживающим, хотя непосредственные измерения значения емкости С_аg, выполненные с использованием измерительного моста, дали значение порядка 4,8 пФ. Как известно, применение измерительных мостов для измерений небольших значений емкости сопряжено с определенными трудностями, и используемый автором мост марки Marconi TF2700 не является исключением. Тем ни менее, заявленная производителями ламп величина емкости С_а представляется автору чересчур оптимистичной для частот звукового диапазона.

Информация

Продолжение