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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Minimizzare la distorsione armonica in un amplificatore a valvole. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Amplificatori di potenza a valvole L'articolo discute i risultati degli studi sulla linearità di uno stadio lampada con una sorgente di corrente nel circuito dell'anodo. Vengono forniti i parametri delle modalità elettriche per un numero di triodi di amplificazione che forniscono la massima linearità e vengono mostrati gli spettri caratteristici della distorsione del segnale in queste modalità operative. Vengono fornite raccomandazioni per l'uso delle lampade studiate. Lo studio della potenziale linearità dello stadio valvolare aveva diversi obiettivi. Avrebbe dovuto confermare oggettivamente la fattibilità dell'utilizzo di fonti attuali come carico anodico della lampada e, quindi, scuotere la fiducia degli oppositori di questo approccio e rafforzare la fede dei suoi sostenitori. Ho voluto verificare ancora una volta la correttezza di una serie di raccomandazioni per la scelta della modalità operativa delle fasi preliminari fornite in [1], dove viene descritta in dettaglio una cascata con una sorgente di corrente e un metodo per calcolare la cascata stessa e la sorgente di corrente viene data. Spero che i risultati del mio lavoro rendano più semplice per tutti i radioamatori e gli audiofili la scelta del tipo di lampada e della sua modalità operativa. A differenza del precedente articolo [2], in cui i test di molte lampade venivano effettuati in modalità diverse da quelle reali, i risultati ottenuti possono essere immediatamente utilizzati nella pratica. Durante il lavoro sono state ottimizzate le modalità di funzionamento della lampada in cascata con la sorgente di corrente nel circuito dell'anodo, garantendo la massima linearità. Lo scopo presumibile della cascata è quello di lavorare nei circuiti di preamplificazione degli amplificatori di potenza; ciò ha determinato l'elenco delle lampade da testare e la tensione di uscita alla quale sono state effettuate le misurazioni. Le misurazioni dei parametri sono state effettuate in cascata secondo lo schema mostrato in Fig. 1. In effetti, il circuito è già stato descritto [3, 4], la cascata è integrata con elementi per la regolazione della corrente della lampada e della tensione di polarizzazione. Per eliminare l'influenza dell'impedenza di ingresso dell'apparecchiatura di misura, viene utilizzato un amplificatore buffer di misura, che ha un'impedenza di ingresso e una linearità molto elevate. Attiro la vostra attenzione su questa condizione: nei dispositivi reali, i migliori risultati si ottengono utilizzando un inseguitore catodico come stadio successivo. Un generatore GZ-118 è stato utilizzato come sorgente di segnale e un misuratore di distorsione non lineare (NIM) S1-6 e un analizzatore di spettro HP-9A sono stati collegati all'uscita dell'amplificatore buffer (A3585). L'intervallo di variazioni delle correnti operative della lampada è limitato dal basso dalle proprietà di frequenza richieste della cascata e dall'alto dalla dissipazione di potenza consentita sull'anodo. Nel caso generale, la frequenza limite superiore della cascata (basata sul livello di attenuazione di 3 dB) può essere determinata dalla formula fgr =1/(2πC∑R'). dove Su è la capacità totale collegata in parallelo al carico (compresa la capacità di uscita della lampada), R' è la resistenza equivalente totale collegata in parallelo al circuito anodico della lampada in corrente alternata. Le proprietà di frequenza della cascata sono state determinate per un carico sotto forma di inseguitore catodico. In questo caso, la capacità di carico è molto piccola e la resistenza equivalente totale R' è quasi uguale alla resistenza di uscita della lampada nel punto di riposo, che dipende dalla corrente di riposo.
Le misurazioni sono state eseguite come segue: è stata impostata la corrente operativa minima (precalcolata) della lampada, la tensione all'anodo della lampada è stata selezionata nell'intervallo 100...150 V con un valore efficace dell'uscita in cascata tensione di 6 V. Successivamente, modificando la tensione di polarizzazione UCM, il coefficiente armonico della tensione di uscita è stato ridotto al minimo. La procedura per la ricerca delle armoniche minime è stata ripetuta per grandi valori della corrente operativa della lampada e, di conseguenza, sono stati ottenuti diversi punti operativi ritenuti ottimali; In questi punti è stato studiato più in dettaglio il comportamento della cascata. Per le lampade con modelli PSpise, l'intervallo di ricerca della modalità ottimale era inferiore a causa della modellazione preliminare delle modalità operative su un computer. Il punto di funzionamento ottimale è quello che fornisce la massima linearità della cascata con la corrente di riposo più bassa. Ciò significa quanto segue: se il livello minimo di armoniche veniva registrato a diversi valori della corrente di riposo, il più piccolo veniva considerato ottimale. La modalità di riposo della lampada, corrispondente al punto ottimale, è determinata da due parametri: la tensione sull'anodo della lampada (UA0) e la corrente catodica della lampada (Iк0 - è stata misurata dalla caduta di tensione attraverso il resistore di precisione RK) in l'assenza di un segnale. Nel processo di studio di diversi tipi di lampade, è stato scoperto un effetto curioso che, mi sembra, non è stato descritto da nessuna parte prima. Si è scoperto che per diversi tipi di lampade la natura del cambiamento nello spettro di distorsione del segnale di uscita, a seconda di piccoli cambiamenti nella modalità DC, differisce in modo significativo. Inoltre, non stiamo parlando dell'ingresso nella regione delle basse correnti e tensioni, dove la lampada è significativamente non lineare e tali differenze sono abbastanza prevedibili, ma nella regione di lavoro, dove nulla fa presagire tali anomalie. L'effetto è stabile e dipende poco dalla lampada specifica. Sono stati studiati 18 tipi di lampade (non tutto il materiale era incluso in questo articolo) e se la lampada si comportava in un certo modo, testare un altro campione preso a caso ha dato all'incirca la stessa immagine. Pertanto, ho deciso di aggiungere un altro parametro soggettivo alle caratteristiche della lampada, che caratterizza la stabilità dello spettro armonico del segnale di uscita in base alla modalità DC della lampada (di seguito, semplicemente stabilità). Convenzionalmente sono state introdotte tre gradazioni di stabilità: "bassa", "media", "alta". Le lampade ad elevata stabilità sono caratterizzate da un piccolo cambiamento nello spettro del segnale di uscita quando si cambia la modalità DC su un ampio intervallo. Un rappresentante sorprendente di questo gruppo di lampade è la lampada 6N8S: cambiando la sua modalità DC si ottiene solo un leggero cambiamento (1,5...2,5 dB) nel livello della seconda armonica, e le armoniche più alte non compaiono. Forse questo è uno dei motivi per cui gli audiofili amano questa lampada; perdona tutti gli errori di progettazione immaginabili e inconcepibili. Le lampade con stabilità media reagiscono ai cambiamenti nella modalità DC in modo più netto, ma prevedibile. Ad esempio, quando la tensione anodica diminuisce, i cambiamenti nello spettro del segnale di uscita diventano evidenti molto rapidamente: il livello della seconda armonica aumenta e compaiono armoniche più alte. Più la modalità si allontana dal punto ottimale, più alti saranno i livelli armonici e maggiore sarà il loro numero. I tubi con bassa stabilità cambiano bruscamente la natura dello spettro del segnale di uscita con cambiamenti relativamente piccoli in modalità DC e talvolta hanno diverse zone operative con una transizione ripida tra di loro. Un tipico esempio è la lampada 6C3P. Quando la tensione anodica cambia solo del 6%, la lampada cambia bruscamente la natura dello spettro: le armoniche superiori scompaiono, il livello della seconda armonica aumenta e con un ulteriore aumento della tensione anodica cambia poco. Quando la lampada si trova in una zona a bassa stabilità, in genere si ottiene la distorsione armonica minima e la lampada è estremamente sensibile alla modalità CC, un leggero cambiamento nella modalità può controllare efficacemente il livello e il rapporto di ampiezza delle armoniche. Per alcuni tipi di lampade vengono fornite le caratteristiche di entrambe le modalità operative. Le possibilità di funzionamento della lampada a bassa tensione anodica sono state studiate separatamente. Le raccomandazioni che appaiono di volta in volta riguardo all'uso di lampade convenzionali in una cascata resistiva a bassa tensione anodica sono, per usare un eufemismo, infondate. L'utilizzo di una sorgente di corrente nel circuito dell'anodo è una delle possibilità per implementare tale modalità operativa in cascata con guadagno sufficiente e proprietà di frequenza soddisfacenti, senza entrare nella modalità “microcorrente”. Per le lampade che, a mio avviso, hanno funzionato in modo accettabile in tali modalità, vengono indicati i parametri corrispondenti. Nella fig. La Figura 2 mostra lo spettro del segnale di uscita di uno stadio resistivo utilizzando una lampada 6N8S (dico nello specifico un esempio di modifica dei parametri di uno stadio con questa lampada, poiché è considerata una delle più lineari). La lampada funziona approssimativamente nella stessa modalità (la stessa copia) della cascata con una sorgente di corrente (UA0 = 187 V, lK0 - 4,7 mA), la resistenza del resistore anodico è 20 kOhm. Questo valore è stato scelto in accordo con le raccomandazioni più frequenti: considerare la sua resistenza 2...3 volte maggiore della resistenza interna della lampada nel punto di riposo. Per questa lampada, la resistenza interna con una corrente di 4,7 mA è di 9150 Ohm. Confrontiamo gli spettrogrammi: l'utilizzo di una sorgente di corrente (Fig. 3) ha portato ad una diminuzione del livello della seconda armonica di quasi dieci volte, la terza armonica è scomparsa completamente! Di conseguenza, la distorsione armonica in cascata è diminuita dallo 0,608% allo 0,078% e il segnale di uscita ha uno spettro più favorevole. All’aumentare del livello di uscita, i vantaggi dell’attuale stadio di sorgente diventano ancora più pronunciati. La tabella riassuntiva mostra i parametri medi delle modalità operative ottimali di tutte le lampade e gli spettrogrammi (Fig. 4-12) mostrano gli spettri armonici del segnale di uscita caratteristici di alcune di esse.
Va tenuto presente che le lampade hanno una gamma significativa di parametri e che non ci sarà una completa coincidenza dei parametri di cascata quando si utilizzano lampade diverse, ma le differenze sono piccole - 15...25%. Pertanto, la tensione sulla griglia della lampada è caratterizzata come approssimativa e funge da valore iniziale per la progettazione. Per le lampade combinate vengono forniti i parametri della parte triodo; Il pentodo 6Zh38P è acceso in modalità triodo (attenzione a questa lampada!). Come risultato della ricerca e delle misurazioni della non linearità dei triodi di amplificazione utilizzati con una sorgente di corrente nel circuito di potenza e uno stadio buffer, l'autore è giunto alle seguenti conclusioni. 1. Il confronto dei risultati ottenuti con i parametri degli stadi resistivi utilizzando le stesse lampade dimostra che l'uso di una sorgente di corrente (anche sui transistor!) aumenta significativamente la linearità dello stadio e migliora la composizione spettrale della tensione di uscita. 2. L'elevata linearità della cascata con la sorgente di corrente nel circuito di alimentazione e lo spettro migliorato del segnale di uscita ampliano significativamente la gamma di lampade adatte per l'uso in amplificatori audio di alta qualità. Le lampade 6N2P, 6НЗП, 6Н23П tradizionalmente criticate mostrano risultati eccellenti in termini di linearità e qualità del suono! 3. Il guadagno della cascata con una sorgente di corrente tende ad un valore pari al valore di μ della lampada (con una resistenza di ingresso dello stadio successivo sufficientemente grande). In generale, ciò consente di ridurre il numero di stadi richiesto mantenendo la sensibilità specificata. 4. Una diminuzione della tensione anodica della lampada porta ad un deterioramento della linearità della cascata. Sebbene l'attuale stadio sorgente consenta questa modalità di funzionamento per la maggior parte delle valvole, non è consigliabile utilizzare tali modalità in amplificatori di alta qualità. Questa conclusione è vera non solo per i tubi radio convenzionali, ma anche per quelli progettati per funzionare a bassa tensione. Uno studio sulle lampade 6S63N [1] e 6N27P (tensione anodica tipica - 28 V) ha dimostrato che la migliore linearità della cascata si ottiene con una tensione anodica molto più elevata. 5. Se l'amplificatore è alimentato da una tensione non stabilizzata, è necessario utilizzare lampade con elevata stabilità armonica spettrale. L'utilizzo di alimentatori stabilizzati elimina questa limitazione e rende possibile l'utilizzo di tutte le lampade qui elencate con risultati stabili. 6. Se la lampada ha una zona pronunciata con bassa stabilità dello spettro, a quanto pare dovrebbe essere evitata, poiché non ci sono informazioni sulla stabilità temporanea di tale modalità (almeno dall'autore). Quando si sintonizza un amplificatore utilizzando solo un INI, c'è il pericolo di cadere proprio in questa zona operativa, poiché è in questa modalità che si ottiene la distorsione armonica totale più bassa nella tensione di uscita della cascata. Letteratura
Autore: E. Karpov, Odessa, Ucraina
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