|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Минимизация гармонических искажений в ламповом усилителе. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности ламповые В статье рассмотрены результаты исследований линейности лампового каскада с источником тока в анодной цепи. Приведены параметры электрических режимов для ряда усилительных триодов, обеспечивающие наивысшую линейность, и показаны характерные спектры искажений сигнала в этих режимах работы. Даны рекомендации по использованию исследованных ламп. Исследование потенциальной линейности лампового каскада преследовало несколько целей. Предполагалось объективно подтвердить целесообразность использования источников тока в качестве анодной нагрузки лампы и, таким образом, поколебать уверенность противников такого подхода и укрепить веру его сторонников. Мне хотелось еще раз проверить правильность ряда рекомендаций по выбору режима работы предварительных каскадов, приведенных в [1], где подробно описан каскад с источником тока и приведена методика расчета самого каскада и источника тока. Надеюсь, что результаты моей работы облегчат выбор типа лампы и ее рабочего режима всем радиолюбителям и аудиофилам. В отличие от предыдущей статьи [2], где испытания многих ламп проводились в режимах, отличавшихся от реальных, полученные результаты можно сразу использовать на практике. В процессе работы были оптимизированы режимы работы лампы в каскаде с источником тока в анодной цепи, обеспечивающие максимальную линейность. Предположительное назначение каскада - работа в цепях предварительного усиления усилителей мощности; это определило перечень испытываемых ламп и величину выходного напряжения, при котором производились измерения. Измерения параметров проводились в каскаде по схеме, показанной на рис. 1. Фактически схема уже описана [3, 4], каскад дополнен элементами регулирования тока лампы и напряжения смещения. Для исключения влияния входного сопротивления измерительного оборудования использован измерительный буферный усилитель, имеющий очень высокое входное сопротивление и линейность. Обращаю внимание на это условие: в реальных устройствах наилучшие результаты достигаются при использовании катодного повторителя в качестве последующего каскада. В качестве источника сигнала был использован генератор ГЗ-118, а к выходу буферного усилителя (А1) подключались измеритель нелинейных искажений (ИНИ) С6-9 и спектроанализатор НР-3585А. Диапазон изменения рабочих токов лампы ограничен снизу необходимыми частотными свойствами каскада, а сверху - допустимой мощностью рассеяния на аноде. В общем случае верхнюю граничную частоту каскада (по уровню спада на 3 дБ) можно определить по формуле fгр =1/(2πC∑R'). где Су - полная емкость, включенная параллельно нагрузке (в том числе и выходная емкость лампы), R' - полное эквивалентное сопротивление, включенное параллельно анодной цепи лампы по переменному току. Частотные свойства каскада определялись для нагрузки в виде катодного повторителя. В этом случае емкость нагрузки очень мала, а полное эквивалентное сопротивление R' практически равно выходному сопротивлению лампы в точке покоя, которое зависит от тока покоя.
Измерения проводились следующим образом: устанавливался минимальный (предварительно рассчитанный) рабочий ток лампы, напряжение на аноде лампы выбиралось в интервале 100... 150 В при эффективном значении выходного напряжения каскада 6 В. Далее, изменением напряжения смещения UCM минимизировался коэффициент гармоник выходного напряжения. Процедура поиска минимума гармоник повторялась для больших значений рабочего тока лампы, и в результате получалось несколько рабочих точек, претендующих на оптимальность; в этих точках поведение каскада исследовалось более подробно. Для ламп, имеющих PSpise модели, диапазон поиска оптимального режима был меньше благодаря предварительному моделированию режимов работы на компьютере. Оптимальной считается рабочая точка, обеспечивающая наивысшую линейность каскада при наименьшем токе покоя. Имеется в виду следующее: если минимальный уровень гармоник регистрировался при нескольких значениях тока покоя, то оптимальным считался наименьший из них. Режим покоя лампы, соответствующий оптимальной точке, определяется двумя параметрами: напряжением на аноде лампы (UA0) и током катода лампы (Iк0 - он измерялся по падению напряжения на прецизионном резисторе RK) в отсутствие сигнала. В процессе исследования разных типов ламп был обнаружен один любопытный эффект, как мне кажется, не описанный нигде ранее. Оказалось, что для разных типов ламп характер изменения спектра искажений выходного сигнала, в зависимости от небольших изменений режима по постоянному току, существенно различается. Причем речь идет не о заходе в область малых токов и напряжений, где лампа существенно нелинейна и такие отличия вполне ожидаемы, а в рабочей области, где ничто не предвещает таких аномалий. Эффект носит устойчивый характер и мало зависит от конкретного экземпляра лампы. Было исследовано 18 типов ламп (в эту статью вошел не весь материал), и если лампа вела себя определенным образом, то испытание другого взятого наугад экземпляра давало приблизительно ту же картину. Поэтому я решил добавить к характеристикам лампы еще один субъективный параметр, характеризующий стабильность спектра гармоник выходного сигнала в зависимости от режима лампы по постоянному току (в дальнейшем, просто стабильность). Условно было введено три градации стабильности - "низкая", "средняя", "высокая". Для ламп, имеющих высокую стабильность, характерно малое изменение спектра выходного сигнала при изменении режимов по постоянному току в широких пределах. Ярким представителем такой группы ламп является лампа 6Н8С: изменение ее режима по постоянному току приводит лишь к незначительному (на 1,5...2,5 дБ) изменению уровня второй гармоники, а высшие гармоники не появляются. Возможно, это одна из причин горячей любви аудиофилов к этой лампе; она прощает все мыслимые и немыслимые ошибки проектирования. Лампы со средней стабильностью реагируют на изменение режима по постоянному току более остро, но прогнозируемо. Например, при понижении анодного напряжения изменения в спектре выходного сигнала становятся заметными очень скоро: уровень второй гармоники растет, появляются высшие гармоники. Чем дальше отход режима от оптимальной точки, тем выше уровни гармоник и больше их число. Лампы с низкой стабильностью резко изменяют характер спектра выходного сигнала при относительно небольших изменениях режима по постоянному току и иногда имеют несколько рабочих зон с крутым переходом между ними. Характерным примером может служить лампа 6C3П. При изменении анодного напряжения всего на 6 % лампа резко меняет характер спектра: высшие гармоники исчезают, уровень второй гармоники увеличивается и при дальнейшем увеличении анодного напряжения меняется мало. Когда лампа находится в зоне низкой стабильности, как правило, достигается минимальный коэффициент гармоник и лампа чрезвычайно чувствительна к режиму по постоянному току, незначительным изменением режима можно эффективно управлять уровнем и соотношением амплитуд гармоник. Для некоторых типов ламп приведены характеристики обоих режимов работы. Отдельно исследованы возможности работы ламп при низком анодном напряжении. Периодически появляющиеся рекомендации по использованию в резистивном каскаде обычных ламп при низком анодном напряжении, мягко говоря, ничем не обоснованы. Использование источника тока в анодной цепи является одной из возможностей реализовать такой режим работы каскада с достаточным усилением и удовлетворительными частотными свойствами, без захода в режим "микротоков". Для ламп, которые приемлемо, на мой взгляд, работали в таких режимах, указаны соответствующие параметры. На рис. 2 приведен спектр выходного сигнала резистивного каскада на лампе 6Н8С (я специально привожу пример изменения параметров каскада с этой лампой, так как она считается одной из самых линейных). Лампа работает приблизительно в том же режиме (тот же экземпляр), что и в каскаде с источником тока (UA0=187 В, lK0- 4,7 мА), сопротивление анодного резистора равно 20 кОм. Это значение было выбрано в соответствии с часто встречающимися рекомендациями: принимать его сопротивление в 2...3 раза больше внутреннего сопротивления лампы в точке покоя. Для этой лампы внутреннее сопротивление при токе 4,7 мА равно 9150 Ом. Сравним спектрограммы: применение источника тока (рис. 3) привело к уменьшению уровня второй гармоники почти в десять раз, третья гармоника исчезла вовсе! Соответственно коэффициент гармоник каскада уменьшился с 0,608 % до 0,078 %, и выходной сигнал имеет более благоприятный спектр. При увеличении уровня выходного сигнала преимущества каскада с источником тока проявляются еще сильнее. В сводной таблице приведены усредненные параметры оптимальных режимов работы всех ламп, а на спектрограммах (рис. 4-12) - характерные для некоторых из них спектры гармоник выходного сигнала.
Следует учитывать, что лампы имеют значительный разброс параметров, и полного совпадения параметров каскада при использовании различных экземпляров ламп не будет, но отличия получаются небольшими - 15...25 %. Поэтому и напряжение на сетке лампы охарактеризовано как ориентировочное и служит исходной величиной для проектирования. Для комбинированных ламп приведены параметры триодной части; пентод 6Ж38П включен в режиме триода (обратите внимание на эту лампу!). В результате проведенных исследований и измерений нелинейности усилительных триодов, используемых с источником тока в цепи питания и буферным каскадом, автором сделаны следующие выводы. 1. Сравнение полученных результатов с параметрами резистивных каскадов на тех же лампах доказывает, что использование источника тока (даже на транзисторах!) существенно повышает линейность каскада и улучшает спектральный состав выходного напряжения. 2. Высокая линейность каскада с источником тока в цепи питания и улучшение спектра выходного сигнала существенно расширяют круг ламп, пригодных для применения в высококачественных усилителях звуковых частот. Традиционно критикуемые лампы 6Н2П, 6НЗП, 6Н23П показывают отличные результаты по линейности и качеству звука! 3. Коэффициент усиления каскада с источником тока стремится к значению, равному величине μ лампы (при достаточно большом входном сопротивлении следующего каскада). В общем случае это позволяет уменьшить необходимое число каскадов при сохранении заданной чувствительности. 4. Уменьшение анодного напряжения лампы приводит к ухудшению линейности каскада. Хотя каскад с источником тока позволяет реализовать такой режим работы для большинства ламп, использовать такие режимы в высококачественных усилителях не рекомендуется. Этот вывод справедлив не только для обычных радиоламп, но и для тех, которые предназначены для работы при низком напряжении. Исследование ламп 6С63Н [1] и 6Н27П (типовое анодное напряжение - 28 В) показало, что наилучшая линейность каскада достигается при гораздо большем анодном напряжении. 5. В случае питания усилителя нестабилизированным напряжением следует использовать лампы с высокой спектральной стабильностью гармоник. Применение стабилизированных источников питания снимает это ограничение и дает возможность использовать все перечисленные здесь лампы со стабильным результатом. 6. Если лампа имеет ярко выраженную зону с низкой стабильностью спектра, то, по-видимому, ее следует избегать, так как сведений о временной стабильности такого режима нет (во всяком случае, у автора). При настройке усилителя с использованием только ИНИ существует опасность попадания именно в такую рабочую зону, так как именно в этом режиме достигается наименьший общий коэффициент гармоник в выходном напряжении каскада. Литература
Автор: Е.Карпов, г. Одесса, Украина
Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи
11.10.2026 Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха
11.10.2026 Лазерное переключение магнитов
10.10.2026
▪ Портативный программатор Lilygo T-Deck Plus ▪ Голосовое управление кондиционерами LG ▪ Новое семейство драйверов лазерных диодов ▪ Защищенный встраиваемый компьютер Acnodes PCM8019
▪ раздел сайта Должностные инструкции. Подборка статей ▪ статья Цветочный кофе. Крылатое выражение ▪ статья Когда возник серфинг? Подробный ответ ▪ статья Тещин узел. Советы туристу ▪ статья Сторожевое реле времени. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники ▪ статья Индикатор напряжения для сетевого удлинителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте
www.diagram.com.ua |
Смотрите другие статьи раздела 
Последние новости науки и техники, новинки электроники: