Problemos, konstruojant triodinius PP stiprintuvus

SIMETRIŠKO FAZOINVERTORIAUS PROBLEMA

Dvitakčiai, kitaip vadinami PP (Push-Pull) stiprintuvai iš pirmo žvilgsnio turi daug privalumų prieš SE, t.y. vientakčius stiprintuvus. Pirmiausia, žymiai geresni energetiniai parametrai, nesunku pasiekti didelius galingumus. Antra, išėjimo transformatoriai gali būti mažesnių gabaritų, nes dirba be pastovaus pamagnetinimo ir jiems negresia geležies įsisotinimas. Trečia, nėra taip jautrūs kaip SE stiprintuvai maitinimo pulsacijoms, kadangi jos kompensuojamos, taigi maitinimo šaltinis gali būti paprastesnis.

Antra vertus, PP stiprintuvai turi ir didelį trūkumą: teoriškai neįmanoma pagaminti simetriško fazoinvertoriaus, nenaudojant fazei versti transformatoriaus. Panagrinėkime keleto tipų fazoinvertorius ir pasiaiškinkime, kodėl taip yra.

Schema su paskirstyta apkrova

pa

Schemoje kairėje matome patį paprasčiausią ir dažniausiai naudojamą fazoinvertorių. Tai schema su taip vadinama paskirstyta apkrova, kai skirtingų fazių signalai nuimami nuo vienodo dydžio rezistorių R2 ir R3, įjungtų į lempos anodą ir katodą. (R7 yra rezistorius lempos darbo taškui nustatyti, sukurti priešįtampiui). Nuo fazoinvertorinės lempos anodo ir katodo nuimami du vienodos amplitudės bei priešingos fazės signalai (jei nėra apkrovos), kurie per kondensatorius C1 ir C2 paduodami į galinių lempų tinklelius. Tačiau pažvelkime į šią schemą atidžiau. Viršutinis petys yra elementarus varžinis stiprintuvas, o apatinis - katodo kartotuvas. Ir todėl tokio fazoinvertoriaus pečių išėjimo varžos kardinaliai skiriasi (iki dešimčių kartų). Be to, toks fazoinvertorius visai nestiprina (stiprinimo koeficientas kiek mažiau už 1). Bet de facto fazoinvertorius turi apkrovą ir ji turi nemažos įtakos fazoinvertoriaus anodo išėjimui. Ta apkrova yra galinio laipsnio parazitiniai talpumai Cgk, Cak bei triodo Millerio talpumas, kuris gali siekti kelis šimtus pikofaradų. Jei fazoinvertoriaus lempos anodo grandinės išėjimo varža apie 50k (pvz. lempa 6SN7 su apkrovos varžomis R2 ir R3 po 20k) tai tada viršutinio peties pralaidumo juosta bus apie 8-10kHz esant pilnai signalo amplitudei. Apatinio peties, su maža išėjimo varža pralaidumo juosta sieks 70-80kHz. Dėl šios priežasties ši schema praktiškai nenaudojama, jei galiniame laipsnyje stovi triodai. Paprastai statomi didelio stiprinimo pentodai. Šis fazoinvertorius išpopuliarėjo su lempa EL84 (6П14П), didelio stiprinimo pluoštiniu tetrodu.

Daugelyje populiarių aukštesnės klasės radioimtuvų pereito šimtmečio viduryje buvo naudojamas būtent toks sprendimas. Imtuvams tai buvo pakankama kokybė, bet aukštos klasės aparatūrai tai netinka.

Diferencialinis stiprintuvas

dif

Diferencialinis stiprintuvas turi du įėjimus ir du išėjimus. Vienas išėjimų yra invertuojantis, kitas neinvertuojantis. Lygtai viskas labai gražu. Tačiau, atidžiau pažvelgus, matyti problema. Viena lempa dirba su įžemintu katodu, kita su įžemintu tinkleliu! Tai reiškia, kad jų charakteristikos visai skirtingos. Laipsnio su įžemintu tinkleliu išėjimo varža yra labai didelė. Skiriasi ir abiejų laipsnių stiprinimas. Tiesa, jį galima suvienodinti parankant rezistorių R3 ir R4 dydžius. Taip pat schemoje su įžemintu tinkleliu žymiai geriau kompensuojamas Millerio efektas, jis pradeda reikštis gerokai aukštesniuose dažniuose. Be to, schemos balansas priklauso nuo bendros katodinės varžos dydžio. Jei ši varža pakankamai didelė, balansas būna gan geras. Bet smarkiai didinti negalime, nes pradeda trūkti maitinimo įtampos. Todėl kartais katodo grandinė yra maitinama iš atskiro nedidelės galios maitinimo šaltinio, t.y. prireikia bipoliarinio maitinimo, panašiai kaip operaciniuose stiprintuvuose. Vietoje R2 galima panaudoti srovės šaltinį, tada schemos parametrai būna geresni. Beje, visų operacinių stiprintuvų pagrindas būtent diferencialinis stiprintuvas.

Turint omenyje maitinimo sudėtingumą, ši schema nors ir pasižymi neblogais parametrais, bet yra gerokai sudėtingesnė nei transformatorinė ar schema su paskirstyta apkrova.

Transformatorinis stiprintuvas

tr

Transformatorinis stiprintuvas iš pažiūros yra pats paprasčiausias. Turi mažiausiai detalių. Tačiau gerą transformatorių pagaminti nelengva, o ir jo kaina yra nemaža. Transformatoriniame fazoinvertoriuje galima pasiekti idealų pečių balansą, kadangi nėra teorinių kliūčių tai padaryti. Viskas priklauso nuo suvyniojimo kokybės ir konstrukcijos. Transformatorius be kitų gerų savybių dar gali būti aukštinantis, tuo padidindamas bendrą stiprinimą. Didžiausias sunkumas gaminant transformatorius dvitakčiams stiprintuvams yra išgauti kuo didesnę apvijų simetriją. Yra daug skirtingų nuomonių, kokios šerdys geriau tinka tokiems transformatoriams vynioti, su viena rite apvijoms ar su dviem. Man asmeniškai labiau patinka su dviem apvijomis, kadangi beveik atkrenta simetrinimo problema, nereikia visokių gudrybių su sluoksnių kaitaliojimu. Jei SE transformatoriams vienodai tinka EI bei UU (rusiškai ШЛ ar ПЛ) tipo šerdys, tai PP transformatoriams, mano nuomone, geriau tinka vyniotos (ПЛ) tipo šerdys. Tiesiog vyniojame dvi identiškas rites, jas atitinkamai sluoksniuodami ir po to sukomutuojame. Taip galime pasiekti praktiškai idealią transformatoriaus simetriją. Transformatorinis draiveris turi dar vieną gerą savybę - jis nesunkiai leidžia dirbti galinėms lempoms užeinant į režimą su tinklelio srovėmis. Tai aktualu gaminant ypatingai didelės galios PP stiprintuvą. Reikia atkreipti dėmesį į tai, kad draiverio apkrovos transformatorius, t.y. fazoinvertorius turi turėti žymiai platesnę pralaidumo juostą nei kartu dirbantis galinis. Į tai mažai kreipiamas dėmesys, bet jei ši sąlyga nebus išlaikyta, turėsime stiprintuvą su nemaloniais fazės pokyčiais bei "skambesiu" garsiniame diapazone. Todėl geras fazoinversinis transformatorius turėtų būti gerokai brangesnis už galinį.

Klasikinės PP stiprintuvų schemos

Panagrinėkime porą žinomų PP stiprintuvų. Vienas populiariausių visų laikų PP stiprintuvų sukonstruotas Williamsono 1947 metais. Jo aprašymas buvo paskelbtas žurnale Wireless World, kaip "Design for a High-quality Amplifier". Jei pažvelgsime į šio stiprintuvo schemą, tai pamatysime dvitaktį stiprintuvą su neigiamu grįžtamu ryšiu bei paskirstytos apkrovos fazoinvertoriumi V2. Konstruktorius, žinodamas apie tokio fazoinvertoriaus neigiamas puses, po jo pastatė dar papildomą laipsnį su nedidelio stiprinimo triodais V3-V4. Tokie triodai turi gerokai silpnesnį Millerio efektą, be to papildomas laipsnis leido išsiūbuoti galinį laipsnį neforsuojant fazoinvertoriaus, leidžiant jam dirbti maža amplitude, tuo būdu mažinant iškraipymų lygį jame. Dar labiau mažino iškraipymų lygį panaudotas neigiamas grįžtamas ryšys per rezistorių Rf. Kadangi NGR sumažino bendrą stiprinimą, prireikė papildomo laipsnio V1. Visumoje gavosi labai pažangi tiems laikams konstrukcija, pasižyminti puikiu skambesiu. Šis stiprintuvas buvo daugelį kartų kopijuojamas įvairių gamintojų su nedideliais ir neesminiais pakeitimais. Smulkus čio aparato aprašymas PDF formatu.

Jei kas ruoštųsi gaminti sau PP stiprintuvą, rekomenduočiau nukopijuoti būtent šį nekaprizingą aparatą. Jame, praktiškai nieko nekeičiant, galima panaudoti 6N8S arba 6N1P vietoje 6J5. Taip pat vietoje KT-66 galime panaudoti 6P3S arba kokybiškesnę G-807.

Dar vienas įdomus ir gerai skambantis aparatas yra Quad II. Tai grynai pentodinis stiprintuvas su keletu grįžtamų ryšių. Jo įėjime panaudotas taip vadinamas parafazinis stiprintuvas su dviem pentodais. Jame jau sustiprintas pirmos lempos signalas per daliklį R7-R8 paduodamas į kitą laipsnį kuris apverčia fazę. Parinkus daliklio rezistorius, schemą tam tikrame įtampų ir dažnių diapazone galima neblogai subalansuoti. Labai įdomus išėjimo laipsnis su specialiu transformatoriumi, kuriame yra dvi apvijos grįžtamam ryšiui galinių lempų katodo grandinėse. Toks sprendimas smarkiai linearizuoja galinio laipsnio charakteristikas. Visas stiprintuvas dar turi bendrą NGR per rezistorių R11. Šis stiprintuvas taip pat buvo labai populiarus ir ilgai gaminamas.

Williamson
Williamsono stiprintuvas
Williamson
Williamsono stiprintuvo schema
Quad
Quad II stiprintuvas
Quad
Quad II stiprintuvo schema