Акробатика ламповых каскадов

Все, кто хоть чуточку знаком с ламповой схемотехникой, знают, что ламповые усилительные каскады выдаются, словно правило, предельной простотой и малым количеством элементов. Этот фактор убору с природной линейностью ламп всегдашне и приводится в качестве аргумента при попытке разжевать феномен превосходства лампового звука над транзисторным. нужно признать, что подобное объяснение весьма убедительно с точки зрения здравого резона. Кроме того, оно таково дробно подтверждается на практике при схемотехническом разборе самых славнейших ламповых аудиокомпонентов, что невелико кому приходит в голову пробовать его оспаривать. Основной девиз у разработчиков ламповой техники таков: чем проще, тем оптимальнее и надежнее (к сожалению, понятие «дешевле» сюда не входит, вожделея по логике штук вроде бы напрашивается само собой). Итак, посмотрим на всегдашний маломощный резистивный усилительный каскад на триоде с поголовным катодом. Резистор анодной нагрузки, резистор катодного автосмещения, резистор утечки сетки разумеется сам триод — вот, собственно, и тяни каскад. аккуратнее, его базовый вариант (рис.1). Рис. 1 прочее — это уже либо элементы связи с иными каскадами, либо блокировка местной негативной возвратной связи по току (шунтирование катодного резистора конденсатором), либо делитель в катодной цепи для более сложной организации смещения, либо развязывающие фильтры по цепям питания, либо цепи коррекции. Обычно даже наличность всех этих добавочных компонентов не вкалывает ламповый каскад усиления намного сложнее, чем то, что мы видаем на рис.1. Все предельно понятно и прямо-таки (на первоначальный взгляд). популярно, что коэффициент усиления каскада в средине частотного диапазона равновелик (при отсутствии местной негативной обратной связи): вх.2 н.экв вх.2 , а выходное сопротивление Z , где — сопротивление анодной нагрузки. популярно, что для такового триодного каскада реальный коэффициент усиления обычно составляет (0,6-0,8) , словно и иные параметры каскада: ток покоя, полоса частот, скорость нарастания выходного усилия, линейность, максимальное неискаженное выходное натуга, максимальный выходной ток. всегдашне R , при этом вытанцовывается получить приемлемые величины перечисленных параметров. однако возможности каскада на триоде ограничены, и поскольку в погоне за каким-то одним параметром всегдашне маются другие, не менее значительные, то степень воли варьирования величинами сопротивлений анодной нагрузки и катодного автосмещения невелика. То же самое можно возговорить в касательстве усилия анодного питания и тока покоя, поскольку почти все лампы оптимальнее итого «звучат» на грани дозволительной мощности рассеяния на аноде (хотя и не всегда). Впрочем, даже в этих сравнительно узких «пределах творчества» не таково невесомо случается найти оптимальный порядок работы конкретной лампы в конкретном каскаде с учетом прошлого и последующего каскадов. Под оптимальным в настоящем случае понимается тот порядок, кой обеспечит важнейшее звучание, а не рекордные параметры или пригожие осциллограммы. Может быть, именно обоюдное противоречие по-различных параметров усилительного каскада и неоднозначность их подчиненности от одних и тех же факторов и являют причиной слабой корреляции между цифровыми значениями этих параметров и качеством звука. Так, если гнаться за максимальной линейностью, доводится повышать величину анодной нагрузки, что, начиная с кой-какого ее значения, будет негативно сказываться на ширине полосы частот, динамических свойствах каскада, разумеется и коэффициенте усиления, кой при непомерно знатном сопротивлении нагрузки начинает уменьшаться, поскольку уменьшается ток покоя и крутизна лампы. Кроме того, и перегрузочная способность каскада при этом визгливо валится. эдаким образом, цена за сверхвысокую линейность оказывается также непомерно патетической, поскольку приходится платить качеством звучания устройства в полном. Получается, что мы платим качеством звука за линейность, а не напротив, словно это подобает быть. Это напоминает басню Крылова «Лебедь, рак и щука», исключительно лебедь в настоящем случае — не птица (и не генерал), а коэффициент усиления, рак — линейность каскада, а щука... Одним словом, воз и ныне там. Там, где эти несговорчивые персонажи находятся в сравнительном мире и согласии. посему если один-одинешенек каскад на триоде не может гарантировать необходимого усиления, доводится становить прочий. А с мишенью получения неплохих динамических свойств часом доводится довольствоваться скромным усилением, уменьшая величину анодной нагрузки и увеличивая ток покоя каскада. Даже в самом простом усилительном каскаде всплывает страшно немало тонкостей и тяжело объяснимых явлений , когда задевало доходит до «страшного суда» — прослушивания. Итак, обобщим: в усилительном каскаде на ламповом триоде неодинаковые параметры, каждый из коих оказывает ощутимое действие на качество звука итого устройства, находятся во обоюдном противоречии, и излишнее рвение при «вытягивании» какого-то одного из этих параметров неотвратно приводит к ухудшению прочих. Однако поедать способ вырваться из этого сомкнутого мира. Ведь до сих пор говор перла о каскаде усиления на одном триоде. А если свести два триода в одном и том же каскаде? Это, естественно, прется в разрез с концепцией максимальной простоты, однако иногда вместо того, дабы пойти на увеличение числа простейших каскадов, можно постановить ту же проблему путем усложнения (причем не страшно значительного) одного каскада. В подчиненности оттого, какая собственно ставится задача, можно выбрать один-одинешенек из вариантов такового усложненного каскада на двух триодах. нужно сказать, что итого их бытует хватит немало и придумали их давным-давно. Например, каскод (рис.2) позволяет визгливо повысить усиление и враз широкополосность, в связи с чем, убору с пентодами, нашел машистое применение в теле- и радиоприемных устройствах. розные славные во всем мире High End' фирмы применяют каскоды и в устройствах усиления звуковых частот (например, Sonic Frontiers). Рис. 2 Можно пререкаться о целесообразности применения каскодов в аудиоаппаратуре, и противники этого всегдашне ссылаются на то, что выходные характеристики каскодов вырождаются из триодных в пентодные. разумеется, это таково. однако ведь и пентоды не вечно плохи — это спрос скорее не что применять, а словно и где. бесспорно, что в большинстве случаев триод предпочтительнее, однако в розных цепях (чаще итого вспомогательных) пентод не располагает себе равновеликих. таково, скажем, благодаря высоким пентод не располагает себе равновеликих в родниках стабильного тока, если не почитать полевые транзисторы с изолированным затвором. однако это уже абсолютно другой мир, и вожделея таковские фирмы, словно Audio Research, завоевали найденного успеха в разработке и внедрении гибридной топологии, у меня собственно дудки сомнений по предлогу того, что если бы вместо MOSFET'ов применялись пентоды, многие изделия этой фирмы звучали бы намного музыкальнее. А припомним профессиональные магнитофоны золотой эры магнитной звукозаписи 50-х и 60-х годов (например, Telefunken). Многие из них в первом каскаде усилителя воспроизведения обладали пентод EF86 (аналог 6Ж32П). однако вернемся от попыток амнистирования осужденных пожизненно многими аудиофилами пентодов к непорочным триодам. вытекающий каскад, кой мы рассмотрим, во многом напоминает каскод. Это также два триода, один-одинешенек из коих «взгромоздился» на рамена иного. разумеется, этот «ламповый цирк» будит у многих скептическую ухмылку, и, видимо, за ней может последовать поток нравоучительных реплик фрукта «человек — заклинаю прощенья, триод — по земле ходить должен!» однако таково или иначе, каскад этот заслуживает внимания, поскольку он обеспечивает синхронное ощутимое улучшение нескольких царственных параметров: стабильности режима, линейности, выходного сопротивления, широкополосности, перегрузочной способности и чувствительности к помехам и пульсациям анодного напряжения питания. А что затрагивает звука, то все знают, что усилители Audio Note и Сагу Audio Designs абсолютно не таково уж плево звучат! собственно эти фирмы пуще прочих применяют в качестве входного или драйверного каскад, представленный на рис. 3а. Называется он пуще итого СРПП (SRPP — Shunt Regulated Push Pull). Рис. 3a пускай вас не впрыскивает в заблуждение расшифровка этой аббревиатуры: «пушпул» здесь сформулирован исключительно в противофазности сигналов верхнего и тельного триодов. С таким же успехом «пушпулом» можно было бы окрестить классическую схему из двух триодов, соединенных каскадно — там тоже располагает точка противофазность сигналов. Таким образом, СРПП — это не абсолютно корректное наименование, укоренившееся в литературе. Можно повстречать также аббревиатуру TTSA (Two Tube Series Amplifier — двухламповый усилитель с последовательным включением), вожделея она скорее может служить поголовным ярлыком для всех каскадов отвесной конфигурации, в том числе и каскодов. По-русски же наш каскад зовется прямо-таки и понятно: усилительный каскад с динамической нагрузкой. И собственно это наименование наиболее дословно отражает его суть (тот уникальный случай, когда русский стиль очутился лаконичнее английского). Встречается и более экзотическое русское наименование — каскад с «электронными резисторами» в цепи анодной нагрузки (Т.В.Войшвилло. Усилительные устройства. М., Связь, 1975). Итак, вместо всегдашнего резистора анодной нагрузки каскад СРПП располагает в цепи анода прочий триод, смещение на сетке коего задается резистором R . При появлении позитивной полуволны сигнала на сетке V1 ток нижнего триода увеличивается, что приводит к увеличению падения усилия на резисторе R , а это, в свою хвост, уменьшает ток верхнего триода V2. Наблюдается тенденция стремления к стабильности анодного тока, кой зависит нынче от изменений входного сигнала в меньшей степени, чем в обыкновенном резистивном каскаде усиления. Комбинированная нагрузка — триод V2 и резистор R — по своим свойствам начинает надвигаться к роднику стабильного тока. Что же в этом недурственного? популярно, что измерить стабильного тока обладает пискливым внутренним сопротивлением, какое у идеального ключа тока равновелико бесконечности (это, естественно, математическая абстракция). А нынче вспомним, что триодный каскад тем линейнее, чем торжественнее его сопротивление нагрузки. Решить эту проблему «в лоб», словно уже говорилось торжественнее (путем произвольного увеличения анодной нагрузки), не представляется вероятным, поскольку маются другие, не менее значительные параметры каскада. Остается исключительно «обмануть» доверчивый триод V1, при этом его сопротивление нагрузки «раздваивается»: по неизменному току оно невелико и равновелико (R ), что обеспечивает нормальный порядок каскада без увеличения усилия анодного питания, а по переменному току (или динамическое сопротивление нагрузки) может быть намного больше, и определяется величиной R н. дин. (V2). Это пускает возможность получить несколько вящий коэффициент усиления каскада СРПП по сравнению с всегдашним усилительным каскадом. А поскольку выходной сигнал снимается с катода V2, то и выходное сопротивление оказывается куда гуще. Реально в случае, когда подобный каскад вкалывает на относительно низкоомную нагрузку, можно получить страшно солидный выигрыш и по усилению, и по полосе пропускания. разумеется и динамические свойства при обстоятельстве достаточного тока покоя каскада могут быть получены весьма впечатляющие (здесь важно учесть не исключительно быстродействие каскада, однако и сколько большенный ток сигнала может отзываться в нагрузку). По этим причинам каскад СРПП нашел применение в схемах видеоусилителей, где