Содержание

Требования к каскаду предоконечного усиления

Выходное сопротивление усилителя можно оценить в процессе построения нагрузочных прямых (динамических характеристик). Величину внутреннего анодного сопротивления r_а можно оценить при помощи касательной, проведенной к статической характеристике, соответствующей сеточному напряжению —25 В, и проходящую через рабочую точку, что дает примерное значение 400 Ом. Полученный результат очень важен, так как его можно использовать для расчета выходного сопротивления усилителя. Выходной трансформатор согласует нагрузку громкоговорителя, равную 4 Ом, с сопротивлением 2 кОм, которое определяется выходной лампой, а это означает, что значения импедансов обмоток относятся как 500:1. С другой стороны, величина сопротивления r_а лампы, поделенная на это отношение, дает значение выходного сопротивления 0,8 Ом. Таким образом, чтобы громкоговоритель работал в режиме, который задавался его разработчиками, необходимо было бы иметь меньшее выходное сопротивление, но в сравнении с многими конструкциями усилителей с несимметричным выходом полученное значение сопротивления является и так достаточно низким.

В выходном каскаде максимальный размах амплитуд неискаженного сеточного напряжения относительно рабочей точки ограничивается условиями отсутствия сеточного тока и симметричностью размаха в противоположенных направлениях. Сеточный ток начинает протекать при значениях напряжения между сеткой и катодом, превышающих нуль, а что касается условия симметрии, то максимальное значение размаха амплитуды входного напряжения должно составлять 2V_gk, следовательно, необходимая величина двойного амплитудного значения размаха сеточного напряжения для любого усилителя класса А должна всегда представлять удвоенное значение напряжения смещения сетка — катод. Для рассматриваемого случая это составляет 54 В двойного амплитудного (пик-пикового) значения или 18 В среднеквадратического. При этом, ни при каком значении сеточного напряжения не должно происходить отсечки анодного тока, что определяется режимом работы каскада в классе А.

Из паспортных данных лампы типа 6528 известно, что размах амплитуд анодного напряжения должен составлять примерно 115В среднеквадратического значения, что соответствует примерно 19 В среднеквадратического значения напряжения на сетке. При этих условиях коэффициент усиления лампы A_v имеет значение, примерно равное 6. Эти результаты позволяют определить значение емкости Миллера, которая вычисляется следующим образом: С × (A_v + 1) = 23,8 × (6 + 1) ≈ 167 пФ. Данная емкость окажется включенной параллельно со входной емкостью лампы С_gk (которая равна 17,8 пФ), что позволяет оценить общее значение входной емкости каскада, включая паразитные емкости монтажа, величиной примерно 200 пФ.

Аргументы, относящиеся к обеспечению необходимой чувствительности усилителя в высокочастотном диапазоне, будут обсуждаться, но если на минутку принять, что частота среза f_-3дБ превышает значение 150 кГц, то требуемое значение сопротивления источника составит примерно 5300 Ом и которое определятся из следующего выражения:

Лампа типа 6528 обладает очень высоким значением крутизны характеристики gm и непременно будет иметь достаточно высокую вероятность самовозбуждения в каких-нибудь областях высокочастотного диапазона. Следовательно, для исключения возникновения автоколебаний необходим ограничительный резистор в цепи сетки; рекомендованный производителями резистор с величиной сопротивления 1 кОм устанавливается в цепь источника сигнала, уменьшая его сопротивление до значения 4,3 кОм.

Такое требуемое значение выходного сопротивления предшествующего (предоконечного) каскада усиления для лампового усилителя является достаточно низким и поэтому несколько ограничивает возможности конструкторской разработки. В практических конструкциях предоконечного каскада с общим катодом выходное сопротивление очень грубо равно заявленному производителями ламп значению r_а, следовательно, необходимо подобрать лампу с очень низким значением r_а. Электронные лампы с рамочной конструкцией сетки могут характеризоваться таким низким значением r_а, но по сравнению с лампами со спиральной сеткой они вносят гораздо более значительные нелинейные искажения по третьей гармоники. Таким образом, в рассматриваемом случае, более предпочтительным оказывается предоконечный каскад, в котором используются подходящие по параметрам лампы с катодным выходом, то есть катодный повторитель.

Топология каскада предоконечного усиления

Существуют различные варианты топологии схем для каскада предоконечного усиления:

• тщательно рассчитанный оконечный каскад с общим катодом может иметь связь по постоянной составляющей с предоконечным катодным повторителем.

Такой подход может обеспечить низкий уровень искажений и требуемое значение r_а менее 4,3 кОм.

• μ-повторитель в качестве предоконечного каскада может обеспечить низкий уровень искажений и значение r_а менее 4,3 кОм.

• параллельно управляемый двухламповый усилитель SRPP может обеспечить значение r_а менее 4,3 кОм и больший размах амплитуд по сравнению с использованием μ-повторителя, но с более высоким уровнем искажений.

Использование μ-повторителя представляется весьма целесообразным выбором, однако тестирование показало, что имеющееся высоковольтное напряжение 290 В не является достаточным, чтобы обеспечить необходимый размах амплитуд 18 В среднеквадратического значения на выходе такого повторителя. Поскольку выходной каскад представляет емкостную нагрузку, имеет смысл применить в качестве предоконечного параллельно управляемый двухламповый усилитель SRPP, который специально под такую нагрузку и разрабатывался. Такой усилитель характеризуется более высоким значением размаха амплитуд по сравнению с μ-повторителем при одинаковом значении высоковольтного питающего напряжения. Поэтому, более высокий уровень искажений является его единственным недостатком.

Выбор лампы для каскада предоконечного усиления

В идеале для каскада предоконечного усиления необходима лампа, обладающая малым уровнем нелинейных искажений, особенно, если речь идет о каскаде типа SRPP, страдающим повышенным уровнем гармоник. В отличие от двухтактных усилителей, где уровень четных гармоник (включая наиболее интенсивную вторую) снижается за счет симметрии схемы, в однотактных несимметричных усилителях проблема минимизации нелинейных искажений выходит на передний план.

Лампы с рамочной сеткой, обладающие минимальным уровнем искажений, в настоящее время стали почти музейной редкостью (хотя лампа типа Е88СС является, несомненно, одной из лучших), поэтому для выбора среди подходящих по мощности остается только семейство ламп *SN7/*N7. При этом автор совершенно не собирается приносить своих извинений за точно такой же выбор, какой сделала до него добрая дюжина других разработчиков однотактных усилителей с несимметричным выходом. Если все аргументы инженеров безапелляционно диктуют, что только круглая форма для колеса является идеальной, то это просто означает, что на деле это именно так и обстоит.

Однако, в схеме симметрично управляемого усилителя типа SRPP, к катоду верхней лампы прикладывается напряжение, равное половине напряжения высоковольтного питания, 0,5 V_HT что требует повышенного напряжения питания подогревателя, и соблюдения условий, чтобы изоляция между катодом и подогревателем не разрушилась из-за высоких напряжений. В схеме стереофонического усилителя для удобства обеспечения безопасной работы подогревателей целесообразно одну лампа из серии *SN7/*N7 (это двойные триоды в одном баллоне) использовать в качестве верхних ламп, а вторую — в качестве нижних. Другой альтернативой является применение одиночных триодов типа 6N5, которые по характеристикам близки к половине двойного триода типа 6SN7, следовательно, пара таких ламп могла бы использоваться в моноблочном усилителе. Автор предпочел воспользоваться лампами 6N5 по той простой причине, что еще давно закупил их в большом количестве. Дополнительными аргументами послужило то, что в случае использования простой, не комбинированной лампы, при дальнейшей модификации конструкции удастся избежать неизбежных в таких случаях слесарных работ и что на входе можно использовать лампу с высоким значением μ, а в качестве второй пары использовать более дешевую лампу с более низким значением μ.

Испытания показали, что предоконечный каскад типа SRPP на основе двух ламп 6N5 легко обеспечил размах амплитуд 21 В среднеквадратического значения на частоте 1 кГц с уровнями ослабления вторых гармоник —40 дБ, и третьих гармоник —54 дБ. Однако анализ нагрузки подразумевал, что измерения выполнялись только с использованием осциллографа и частотного анализатора спектра, в силу чего действительный динамический диапазон измерений был ограничен значением примерно 55 дБ и более высокие гармоники просто не были видны. Тем ни менее, такой уровень искажений был признан достаточно хорошо совпадающим с предсказанным уровнем искажений выходного каскада.

Информация

Продолжение