Содержание

Оптимизация характеристик входного трансформатора

К сожалению, полученное выше значение емкости 190 пФ представляет слишком большую величину для шунтирующей емкости входного трансформатора. Поэтому первоначальные измерения, выполненные с использованием генератора сигналов прямоугольной формы Sowter 8055, не вселили большого оптимизма, однако, использование схемы Зобеля (Zobel), включаемой параллельно вторичной обмотке трансформатора, значительно улучшили положение. Величина емкости, входящей в схему Зобеля, зависит от сопротивления звукоснимателя по постоянной составляющей, как показано в табл. 8.8.

В качестве приемлемого варианта может быть использован трансформатор типа JT-346-AX, производимый компанией Дженсен (Jensen), но это будет достаточно дорогая плата за улучшение качества (причем, такое, которое можно будет определить инструментальными методами). Трансформатор компании Дженсен был разработан для звукоснимателей с сопротивлениями 3 и 5 Ом и имеет коэффициент трансформации 1:12, поэтому техническая документация компании-производителя дает возможность определить значения соответствующих параметров схемы Зобеля (принимая, что емкостная составляющая нагрузки равна нулю). Эксперименты показали, что конденсатор с емкостью 680 пФ и резистор с сопротивлением 2,4 кОм являются оптимальными значениями для элементов схемы Зобеля в случае сопротивления источника сигнала, равного 11 Ом, и величине емкости нагрузки 190 пФ.

Второй каскад

Второй каскад характеризуется усилением сигналом до максимальной необходимой амплитуды и, следовательно, от него можно ожидать наибольший вклад в общие искажения. Как ранее было показано ранее, усилительные каскады с активной нагрузкой, такие, например, как μ-повторитель и β-повторитель, дают значительно меньшие искажения по сравнению с обычным триодным усилителем с общим катодом, да еще и обладают дополнительным преимуществом в виде пониженного значения выходного сопротивления.

μ- повторитель может рассматриваться в качестве прекрасного экспериментального объекта для определения минимальных (не поддающихся дальнейшему улучшению) искажений лампового усилительного каскада. Огромные масштабы распространения торговли по сети Интернет показали, что в настоящее время для всего мира открыта возможность приобретения электронных ламп серии NOS, но это также означает, что доступной становится любая лампа, которая была изготовлена кем угодно, и где угодно. Для второго каскада необходима лампа, имеющая значение коэффициента усиления примерно μ = 16, поэтому тестированию подверглись все возможные, а также и некоторые, явно неподходящие кандидаты на эту роль.

Удивительно, но, имея весьма широкое распространение и хорошую репутацию, лампа типа 76 не продемонстрировала особенно хороших результатов. Хотя у нее и были самые низкие показатели среди всех остальных ламп по уровню искажений по второй гармонике, уровень искажений не был пропорционален уровню сигнала, да и гармоники высших порядков имели достаточно высокий уровень. Так как идеология схемы с несимметричным выходом основывается на том, что уровень искажений снижается с уменьшением уровня выходного сигнала, с чувством искреннего сожаления эти лампы были отвергнуты.

Однако в ходе проверки было установлено, что практически всегда один из триодов обладал значительно лучшими параметрами по сравнению с остальными. Конструктивно он мог быть выполнен как одинарный, так и двойной триод, иметь простой восьмиштырьковый цоколь, либо восьмиштырьковый цоколь замкового типа, напряжение накала подогревателя могло быть равно 6,3 В, либо 12,6 В, однако сущность лампы от этого не менялась. Возможно, что это не покажется очень удивительным, но этой «хорошей» лампой могли быть такие типы, как 6SN7, 12SN7, 7N7, 14N7 либо 6J5. Необходимость проведения дальнейшего отбора ламп была констатирована после того, как было обнаружено, что лампы с металлическими баллонами генерировали более высокие и фиксируемые приборными методами искажения. Возможной причиной, ответственной за такое различие, мог оказаться процесс обезгаживания, который для ламп с металлическим баллоном проводится при более высоких температурах, из-за чего меняются состав и остаточное давление в баллоне, и из-за чего возрастает ионный сеточный ток.

Последующие испытания показали, что варианты ламп с зачерненным стеклом, такие, например, как тип CV1988 (модификация лампы типа 6SN7, поставляемая для армейских нужд Великобритании) повсеместно характеризовалась самым низким уровнем искажений, но гораздо более дешевый по цене экземпляр лампы фирмы Pinnacle типа 6J5GT оказался также обладающим весьма хорошими параметрами, а ее отдельные экземпляры имели параметры, сравнимые с параметрами лампы типа CV1988. Производители лампы заявляли о сниженном значении проходной емкости C_ag (3 пФ по сравнению с 3,9 пФ)для ламп с восьмиштырьковыми цоколями замкового типа, поэтому такие лампы тоже представляли неплохой вариант для выбора. Возможны были и дальнейшие вариации на заданную тему, однако, окончательный выбор вполне мог быть сделан на основе и более прозаических требований, таких, как напряжение питания подогревателей, использования варианта простой или комбинированной конструкции, тип цоколя и ламповой панели, либо с учетом еще каких-нибудь предпочтений, и даже просто наличия какой-то определенной лампы.

Схемы μ-повторителя и β-повторителя подверглись тщательному тестированию, по результатам которых характеристики β -повторителя оказались очень хорошими, но у μ-повторителя оказалось незначительное преимущество, связанное с большой гибкостью относительно выбора значения высоковольтного питающего напряжения, поэтому автор остановил свой выбор в пользу более простой схемы стабилизатора напряжения и варианта питания второго и третьего каскадов одинаковыми высоковольтными напряжениями питания.

Для схемы μ-повторителя с лампой Pinnacle 6J5GT при усилении +28 дБ наиболее характерный уровень искажений составлял 0,25%, или —52 дБ. При использовании этой лампы пиковые значения на выходе второго каскада достигали уровня +12 дБ (что представляло значение на 16 дБ ниже прогнозируемого), а ожидаемый уровень искажений составлял: —52 дБ — 16 дБ = —68 дБ (или 0,04%), то есть точно такое же значение, что и для входного каскада.

В тестируемой схеме μ-повторителя напряжение смещения задавалось с использованием светоизлучающих диодов (СИД), и хотя на искажения μ-повторителя менее всего влияет непостоянство значения эквивалентного сопротивления r_slope (из-за нелинейности характеристики) полупроводникового элемента, этот незначительный недостаток может быть легко устранен, если использовать смещение от дополнительного источника питания. Номинальное значение напряжения в элементах питания на основе литий — тионил хлорида составляет 3 В, однако реально значение ЭДС. составляет 3,6 В, что достаточно близко к значению напряжения смещения в тестируемом каскаде, равному 3,4 В (из расчета использования двух СИД). Поэтому такая замена была почти сразу же произведена. При тестировании никаких заметных отличий в спектрах искажений при использовании в качестве элемента, задающего напряжение смещения, как литиевая батарейка, так и СИД, обнаружено не было, поэтому равноценными для использования могут быть оба варианта.

Хотя искажения, вызываемые верхней (по схеме) лампой μ-повторителя были минимизированы, выбор второй лампы каскада все-таки повлияет на величину искажений. На эту роль проверялось несколько типов ламп, такие, например, как включенные по триодной схеме D3a и 6C45II, а также Pinnacle 6J5GT. Различия в уровне искажений между разными типами ламп были незначительными, но у лампы Pinnacle 6J5GT оказались лучше характеристики при граничном токе 8 мА по сравнению с остальными типами ламп, поэтому выбор остался за ней.

После того, как было обнаружено значительное превышение величины проходной емкости С_аg для лампы типа ЕС8010, лампа Pinnacle 6J5GT была также подвергнута тщательному тестированию. Результаты измерений двумя независимыми методами дали значение С_аg ≈ 5,4 пФ, что значительно отличается от паспортного значения 4 пФ.

Выходной каскад

Требования к выходным характеристикам третьего каскада практически аналогичны требованиям ко второму каскаду, поэтому в рассматриваемом примере здесь используется еще один m-повторитель. Однако, в этом случае необходимы меньшее значение коэффициента усиления и входной емкости, поэтому использование лампы типа 6J5 не является оправданным. Существует ограниченное количество триодов с низким значением коэффициента усиления, из которых очевидными кандидатами являются лампы типов 6ВХ7, 6АН4 (μ = 8) и 12В4 (μ = 6). Эти лампы разрабатывались для применения в схемах телевизионной полевой (кадровой) развертки и для стабилизаторов с последовательным включением регулирующих элементов, поэтому линейность их характеристик не гарантируется. Автор испытывал значительные сомнения по поводу окончательного решения, но, в конце концов, все-таки решился из своих запасов ламп 12В4-А для выходного каскада выбрать пару экземпляров с малыми искажениями.

Все из рассмотренных ламп с низким значением коэффициента усиления требуют для задания оптимального режима работы значительного по величине напряжения V_gk в силу чего использование светоизлучающих диодов (СИД) в качестве задающего смещение элемента становится неприемлемым. В данном случае необходимо использование литиевого элемента питания, особенно тогда, если необходимо исключить после перегрузки каскада изменение величины напряжения смещения. Как и ранее в качестве верхней лампы (по схеме) был выбрана лампа типа 6J5GT компании Pinnacle.

Если лампа типа 12В4 исключается по требованиям низкого уровня искажений, возможной альтернативой для использования как в выходном, так и во втором каскаде остается лампа типа NOS 37 (μ = 9). Хотя выполненные на девяти образцах тесты и показали, что уровень искажений для этих ламп вдвое превосходит уровень искажений, характерных для ламп типа 6J5GT компании Pinnacle, разброс значений между отдельными лампами был значительно ниже, чем разброс значений между лампами типа 12В4. Поэтому окончательный результат при их применении должен был оказаться значительно лучше, чем в случае, если бы необходимо было использовать пару ламп 12В4, характеризующихся более значительным разбросом параметров.

Переосмысление результата выбора ламп исходя из требований к цепям подогревателей

Если в лампе типа 12В4 подогреватели катодов включены параллельно и предназначены для питания напряжением 6,3В (ток накала подогревателя I_h = 0,6 А), то для пары ламп стереофонического каскада потребуется ток I_h= 1,2 А. Если лампа серии *SN7/ *N7 во втором каскаде используется в двух каналах, то для нее необходим ток накала подогревателя I_h = 0,6 А. Если учесть потребление лампы типа ЕС8010 (ток I_h = 0,28 А), то от стабилизатора напряжения 6,3 В потребуется обеспечить общий ток цепей подогревателей ламп величиной 2,8 А. Такое значение тока достижимо, хотя и несколько затруднительно, поэтому более целесообразным может оказаться использование варианта из двух последовательно включенных цепей подогревателей с токами 300 мА. Шунтирование подогревателя лампы типа ЕС8010 резистором с сопротивлением 3150м позволит использовать для нее цепь подогревателя с током 300 мА, также допускается прямое включение лампы типа 6J5 в цепь подогревателя с током 300 мА, а для лампы типа 12В4 может быть использован источник питания подогревателя с напряжением 12 В и током 300 мА. Поэтому окончательный выбор ламп для рассматриваемого примера предусилителя остается за лампами типов ЕС8010, Pinnacle 6J5GT.12B4-A.

Помимо некоторого снижения требований к стабилизатору, питающему цепи подогревателей ламп, последовательное включение цепей подогревателей имеет дополнительные преимущества, которые были подробно изложены, среди которых не самым последним по степени важности является пониженная чувствительность к ВЧ шумам.

Информация

Продолжение