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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Minimización de la distorsión armónica en un amplificador de válvulas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Amplificadores de potencia de tubo El artículo analiza los resultados de los estudios de la linealidad de una etapa de lámpara con una fuente de corriente en el circuito del ánodo. Se dan los parámetros de los modos eléctricos para varios triodos amplificadores que proporcionan la mayor linealidad y se muestran los espectros característicos de distorsión de la señal en estos modos de funcionamiento. Se dan recomendaciones para el uso de las lámparas estudiadas. El estudio de la linealidad potencial de la etapa del tubo tenía varios objetivos. Se suponía que esto confirmaría objetivamente la viabilidad de utilizar fuentes de corriente como carga anódica de la lámpara y, por lo tanto, sacudiría la confianza de quienes se oponen a este enfoque y fortalecería la fe de sus partidarios. Quería comprobar una vez más la exactitud de una serie de recomendaciones para elegir el modo de funcionamiento de las etapas preliminares dadas en [1], donde se describe en detalle una cascada con una fuente de corriente y un método para calcular la cascada en sí y la fuente de corriente. es dado. Espero que los resultados de mi trabajo faciliten a todos los radioaficionados y audiófilos elegir el tipo de lámpara y su modo de funcionamiento. A diferencia del artículo anterior [2], donde se realizaron pruebas de muchas lámparas en modos diferentes a los reales, los resultados obtenidos se pueden utilizar inmediatamente en la práctica. Durante el trabajo se optimizaron los modos de funcionamiento de la lámpara en cascada con la fuente de corriente en el circuito del ánodo, garantizando la máxima linealidad. El presumible propósito de la cascada es trabajar en los circuitos de preamplificación de los amplificadores de potencia; esto determinó la lista de lámparas a probar y el voltaje de salida al que se realizaron las mediciones. Las mediciones de parámetros se llevaron a cabo en cascada según el esquema mostrado en la Fig. 1. De hecho, el circuito ya se ha descrito [3, 4], la cascada se complementa con elementos para regular la corriente de la lámpara y el voltaje de polarización. Para eliminar la influencia de la impedancia de entrada del equipo de medición, se utiliza un amplificador buffer de medición, que tiene una impedancia de entrada y linealidad muy altas. Llamo su atención sobre esta condición: en dispositivos reales, los mejores resultados se logran cuando se utiliza un seguidor de cátodo como etapa posterior. Se utilizó un generador GZ-118 como fuente de señal y se conectaron un medidor de distorsión no lineal (NIM) S1-6 y un analizador de espectro HP-9A a la salida del amplificador buffer (A3585). El rango de cambios en las corrientes de funcionamiento de la lámpara está limitado desde abajo por las propiedades de frecuencia requeridas de la cascada y desde arriba por la disipación de potencia permitida en el ánodo. En el caso general, la frecuencia límite superior de la cascada (basada en el nivel de caída de 3 dB) se puede determinar mediante la fórmula fgr =1/(2πC∑R'). donde Su es la capacitancia total conectada en paralelo con la carga (incluida la capacitancia de salida de la lámpara), R' es la resistencia equivalente total conectada en paralelo con el circuito de ánodo de la lámpara en corriente alterna. Las propiedades de frecuencia de la cascada se determinaron para una carga en forma de seguidor catódico. En este caso, la capacitancia de carga es muy pequeña y la resistencia equivalente total R' es casi igual a la resistencia de salida de la lámpara en el punto de reposo, que depende de la corriente de reposo.
Las mediciones se realizaron de la siguiente manera: se configuró la corriente de funcionamiento mínima (precalculada) de la lámpara, se seleccionó el voltaje en el ánodo de la lámpara en el rango 100... 150 V con un valor efectivo de salida en cascada voltaje de 6 V. A continuación, al cambiar el voltaje de polarización UCM, se minimizó el coeficiente armónico del voltaje de salida. El procedimiento para encontrar los armónicos mínimos se repitió para valores grandes de la corriente de operación de la lámpara, y como resultado se obtuvieron varios puntos de operación que pretendían ser óptimos; En estos puntos se estudió con más detalle el comportamiento de la cascada. Para las lámparas con modelos PSpise, el rango de búsqueda del modo óptimo fue menor debido al modelado preliminar de los modos de funcionamiento en una computadora. El punto de funcionamiento óptimo es aquel que proporciona la mayor linealidad de la cascada con la menor corriente de reposo. Esto significa lo siguiente: si el nivel mínimo de armónicos se registró en varios valores de la corriente de reposo, entonces el más pequeño de ellos se consideró óptimo. El modo de reposo de la lámpara, correspondiente al punto óptimo, está determinado por dos parámetros: el voltaje en el ánodo de la lámpara (UA0) y la corriente del cátodo de la lámpara (Iк0; se midió mediante la caída de voltaje a través de la resistencia de precisión RK) en la ausencia de una señal. En el proceso de estudio de diferentes tipos de lámparas, se descubrió un efecto curioso que, en mi opinión, no se ha descrito en ninguna parte antes. Resultó que para diferentes tipos de lámparas la naturaleza del cambio en el espectro de distorsión de la señal de salida, dependiendo de pequeños cambios en el modo DC, difiere significativamente. Además, no estamos hablando de entrar en la región de bajas corrientes y voltajes, donde la lámpara es significativamente no lineal y tales diferencias son bastante esperadas, sino en la región de trabajo, donde nada presagia tales anomalías. El efecto es estable y depende poco de la lámpara específica. Se estudiaron 18 tipos de lámparas (no se incluyó todo el material en este artículo), y si la lámpara se comportaba de cierta manera, al probar otra muestra tomada al azar se obtenía aproximadamente la misma imagen. Por lo tanto, decidí agregar otro parámetro subjetivo a las características de la lámpara, caracterizando la estabilidad del espectro armónico de la señal de salida dependiendo del modo DC de la lámpara (en adelante, simplemente estabilidad). Convencionalmente, se introdujeron tres gradaciones de estabilidad: "baja", "media", "alta". Las lámparas de alta estabilidad se caracterizan por un pequeño cambio en el espectro de la señal de salida cuando se cambian los modos de CC en un amplio rango. Un representante sorprendente de este grupo de lámparas es la lámpara 6N8S: cambiar su modo CC provoca sólo un ligero cambio (1,5...2,5 dB) en el nivel del segundo armónico y no aparecen armónicos más altos. Quizás esta sea una de las razones por las que a los audiófilos les encanta esta lámpara; perdona todos los errores de diseño imaginables e inconcebibles. Las lámparas con estabilidad media reaccionan a los cambios en el modo CC de forma más brusca, pero predecible. Por ejemplo, cuando el voltaje del ánodo disminuye, los cambios en el espectro de la señal de salida se notan muy rápidamente: el nivel del segundo armónico aumenta y aparecen armónicos más altos. Cuanto más se aleje el modo del punto óptimo, mayores serán los niveles armónicos y mayor será su número. Las válvulas con baja estabilidad cambian drásticamente la naturaleza del espectro de la señal de salida con cambios relativamente pequeños en el modo DC y, a veces, tienen varias zonas de funcionamiento con una transición pronunciada entre ellas. Un ejemplo típico es la lámpara 6C3P. Cuando el voltaje del ánodo cambia solo un 6%, la lámpara cambia drásticamente la naturaleza del espectro: los armónicos más altos desaparecen, el nivel del segundo armónico aumenta y con un aumento adicional en el voltaje del ánodo cambia poco. Cuando la lámpara se encuentra en una zona de baja estabilidad, normalmente se logra la distorsión armónica mínima y la lámpara es extremadamente sensible al modo CC; un ligero cambio en el modo puede controlar eficazmente el nivel y la relación de amplitud de los armónicos. Para algunos tipos de lámparas se dan las características de ambos modos de funcionamiento. Se estudiaron por separado las posibilidades de funcionamiento de la lámpara con un voltaje de ánodo bajo. Las recomendaciones que aparecen de vez en cuando sobre el uso de lámparas convencionales en una cascada resistiva con un voltaje de ánodo bajo son, por decirlo suavemente, infundadas. El uso de una fuente de corriente en el circuito del ánodo es una de las posibilidades para implementar dicho modo de funcionamiento en cascada con suficiente ganancia y propiedades de frecuencia satisfactorias, sin entrar en el modo de "microcorriente". Para las lámparas que, en mi opinión, funcionaron aceptablemente en tales modos, se indican los parámetros correspondientes. En la Fig. La Figura 2 muestra el espectro de la señal de salida de una etapa resistiva usando una lámpara 6N8S (doy específicamente un ejemplo de cómo cambiar los parámetros de una etapa con esta lámpara, ya que se considera una de las más lineales). La lámpara funciona aproximadamente en el mismo modo (la misma copia) que en la cascada con una fuente de corriente (UA0 = 187 V, lK0 - 4,7 mA), la resistencia de la resistencia del ánodo es de 20 kOhm. Este valor se ha elegido siguiendo recomendaciones frecuentes: considerar su resistencia entre 2 y 3 veces mayor que la resistencia interna de la lámpara en el punto de reposo. Para esta lámpara, la resistencia interna a una corriente de 4,7 mA es de 9150 ohmios. Comparemos los espectrogramas: el uso de una fuente de corriente (Fig. 3) provocó una disminución del nivel del segundo armónico casi diez veces, ¡el tercer armónico desapareció por completo! En consecuencia, la distorsión armónica en cascada ha disminuido del 0,608% al 0,078% y la señal de salida tiene un espectro más favorable. A medida que aumenta el nivel de producción, los beneficios de la etapa de fuente actual se vuelven aún más pronunciados. La tabla resumen muestra los parámetros promedio de los modos de funcionamiento óptimos de todas las lámparas, y los espectrogramas (Fig. 4-12) muestran los espectros armónicos de la señal de salida característicos de algunas de ellas.
Debe tenerse en cuenta que las lámparas tienen una variedad significativa de parámetros y no habrá una coincidencia completa de los parámetros de la cascada cuando se utilizan diferentes lámparas, pero las diferencias son pequeñas: 15...25%. Por lo tanto, el voltaje en la rejilla de la lámpara se caracteriza como aproximado y sirve como valor inicial para el diseño. Para lámparas combinadas, se dan los parámetros de la parte triodo; El pentodo 6Zh38P se enciende en modo triodo (¡preste atención a esta lámpara!). Como resultado de la investigación y mediciones de la no linealidad de los triodos amplificadores utilizados con una fuente de corriente en el circuito de potencia y una etapa de amortiguación, el autor llegó a las siguientes conclusiones. 1. La comparación de los resultados obtenidos con los parámetros de etapas resistivas usando las mismas lámparas demuestra que el uso de una fuente de corriente (¡incluso en transistores!) aumenta significativamente la linealidad de la etapa y mejora la composición espectral del voltaje de salida. 2. La alta linealidad de la cascada con la fuente de corriente en el circuito de alimentación y el espectro mejorado de la señal de salida amplían significativamente la gama de lámparas adecuadas para su uso en amplificadores de audio de alta calidad. ¡Las lámparas 6N2P, 6НЗП, 6Н23П, tradicionalmente criticadas, muestran excelentes resultados en linealidad y calidad de sonido! 3. La ganancia de la cascada con una fuente de corriente tiende a un valor igual al valor de μ de la lámpara (con una resistencia de entrada suficientemente grande de la siguiente etapa). En general, esto permite reducir el número requerido de etapas manteniendo la sensibilidad especificada. 4. Una disminución del voltaje del ánodo de la lámpara provoca un deterioro de la linealidad de la cascada. Aunque la etapa fuente actual permite este modo de funcionamiento para la mayoría de las válvulas, no se recomienda utilizar dichos modos en amplificadores de alta calidad. Esta conclusión es válida no sólo para los tubos de radio convencionales, sino también para los diseñados para funcionar a bajo voltaje. Un estudio de las lámparas 6S63N [1] y 6N27P (voltaje de ánodo típico - 28 V) mostró que la mejor linealidad de la cascada se logra con un voltaje de ánodo mucho más alto. 5. Si el amplificador se alimenta con tensión no estabilizada, se deben utilizar lámparas con alta estabilidad armónica espectral. El uso de fuentes de alimentación estabilizadas elimina esta limitación y permite utilizar todas las lámparas enumeradas aquí con resultados estables. 6. Si la lámpara tiene una zona pronunciada con baja estabilidad espectral, entonces, aparentemente, debe evitarse, ya que no hay información sobre la estabilidad temporal de dicho modo (al menos del autor). Al sintonizar un amplificador utilizando únicamente un INI, existe el peligro de caer precisamente en esta zona de funcionamiento, ya que es en este modo donde se consigue la distorsión armónica total más baja en la tensión de salida de la cascada. Literatura
Autor: E.Karpov, Odessa, Ucrania
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