Легендарная 300В !

[Голубицкий Евгений]

Уменьшение искажений находится в противоречии с мощностью на аноде.


Существует два пути уменьшения гармонических искажений в триодных однотактниках. Один из них — увеличение нагрузки в анодной цепи. Как видно из табл. 1, при тех же значениях Ер (напряжение на аноде) и Iр (анодный ток без сигнала) и, следовательно, при той же мощности на аноде, мы получим меньшие искажения при увеличении сопротивления нагрузки R(, правда ценой максимально возможной выходной мощности. То есть, полезная мощность в нагрузке снизится.
Положим, к примеру, рабочие условия для 300В: Ep=350V, Ip=60mA. Тогда мощность на аноде равна 21 Вт. При RL = 2 кОм в выходном сигнале содержится -21 дБ (около 10%) второй гармоники и -30 дБ (около 3 %) третьей гармоники при максимально возможной мощности 10,2 Вт, когда заметно клиппирование входного сигнала или отсечка выходного (либо оба условия выполняются одновременно). Если мы возьмем нагрузку RL = 3 кОм, то вторая гармоника будет равна —26 дБ (5 %), третья равна - 38 дБ (1,3 %), то есть вполовину меньше, чем было с нагрузкой в 2 кОм. Но мощность теперь уменьшилась до 8,3 Вт. Когда же возьмем RL =- 4 кОм, гармоники станут еще ниже: вторая -30 дБ (около 3 %), третья -44 дБ (около 0,6 %), а мощность упадет до 7 Вт. Так как кривые искажений для каждой RL пойдут параллельно друг другу в координатах выходной мощности,до определенного предела, мь могли бы ожидать дальнейшего снижения искажений при увеличении RL (в области мощностей ниже предельных). Но опять таки ценой падения максимально возможной мощности, которая соотносится с мощностью рассеяния на аноде. (Здесь принят термин эффективность анода, представляющий отношение выходной мощности к мощности, рассеяной на аноде — примечание Ред.).
При 2 кОм мы получим эффективность анода 49 %, при 3 кОм — 40 %, и при 4 кОм 33 %. То есть, имеем своеобразный обмен полезной мощности (падающей) на затраты энергии (растущие), нужно лишь определиться с подходящей нагрузкой для каждой конкретной цели.
В данном случае табл. 1 показывает, что наивысшее значение эффективности анода достижимо при следующих режимах: Ер = 250 V, Iр -30 mА, Ед = -55 V (сеточное смещение) и RL=2 кОм. При этом максимально возможная мощность в нагрузке — 4,9 Вт. Эти данные взяты из оригинальных материалов Western Electric, служащих для облегчения выбора режимов при определенной конструкторской задаче.
Вторым путем уменьшения искажений является метод их компенсации. То есть, гармоники, порожденные драйверным каскадом, должны быть уничтожены гармониками от выходной лампы. Об этом писал Reid Welch в другой статье «Harmonic Cancellation Improves the SE Amplifier» (GA 4/96). Этот метод уже давно используется среди японских строителей SE усилителей.
Старейший коммерческий усилитель, который мне запомнился (в конце 60-х) использованием компенсации на 300В, производился маленькой компанией с названием «Gallery Q». Наиболее подходящей драйверной лампой для этой цели являются лампы, применявшиеся в телевизионных приемниках для кадровой развертки: 12ВН7, 6АН4 и 6СК4. Они спроектированы специально для того, чтобы их искажения компенсировали (или полностью подавляли) нелинейность по вертикали в старых телевизионных трубках.
К примеру, когда «трехсотка» раскачивается через RC-цепь лампой 6АН4 при следующих режимах Ер = 400 V, Еg = -82 V, Iр= 82 mА (мощность на аноде 33 Вт) и RL = 3,5 кОм, то гармоники таковы — 0,35% (1 Вт), 1% (8 Вт), 2 % (10 Вт) и наступает клиппирование на 12 Вт при 6% искажений. Эффективность анода —37%. Значения искажений до предельной мощности в 12 Вт гораздо меньше, чем в случае, когда механизм компенсации не использовался. При тех же режимах — 0,8 % {1 Вт), 3% (8 Вт), 4% (10 Вт) и те же 6 % в точке клиппирования — 12 Вт. Сам по себе механизм компенсации не способен отодвинуть пределы клиппирования или отсечки при данном режиме, хотя может существенно снизить искажения при подходе к этой точке. То есть, при данном уровне искажений, достижима большая мощность, как было отмечено ReicToM Weich'eM во второй статье — весьма успешный пример другого метода уменьшения искажений.
Некоторые ошибочные понятия

Вывод R. Welch'a о том, что межкаскадный трансформатор должен инвертировать фазу сигнала, к сожалению, ошибочен***. Полярность не должна быть перевернута,если трансформатор используется нормальным образом: начало (или конец) первички подключено к аноду драйвера,начало (или конец) вторички — к сетке выходной лампы. Но не наоборот! То есть, не путать начала и концы обмоток, подключенных непосредственно к лампам.
То, что он считал нормальным соединением, на самом деле; являлось инверсным включением (возможно напутал начало и конец обмотки во вторичке), так как 2 % гармоник при 2 Вт — слишком много для 300В в тех режимах, которые Reid описал. Как видно из рис. 2,искажения 300В при 2 Вт выходной мощности чуть больше 1 % и никогда не достигают 2 % (2 Вт), пока какие-либо детали, включая лампы, не окажутся негодными. Либо это ошибка в схеме, как в случае с перевернутыми выводами у межкаскадного трансформатора.
Одно предостережение: лампа с зеркальной характеристикой передачи относительно выходной, не обязательно является лучшей по звуку. Хотя я не могу указать на серьезные результаты исследований, подтверждающие мою веру, я с крайним недоверием отношусь к тому,что кто-либо способен отметить разницу между 0,35 % и 0,8 % искажений на 1 Вт, или 1 % и 3 % на 8 Вт (рис. 2), когда доминируют гармоники низких порядков, главным образом вторая. Внимательное прочтение труда Russell'a Harnm'a «Tubes vs. Transistors — Is There an Audible Differences?» поддерживает эти сомнения. Мои эмпирические поиски подтверждают, что природа и качество элементов — ламп, трансформаторов и т. д. или комбинация их — создают более значительную разницу по звучанию, нежели формальное отличие в % искажений. Я нахожу, что слишком часто люди отмечают различия, имея тому причиной лишь величину гармоник.
Другая незначительная ошибка в статье R. Welch'a требует уточнения. При расчете мощности рассеяния на аноде в отсутствие сигнала (при усилении в классе — А), Е измеряется между катодом и анодом лампы. Тогда, в моей старой схеме за 1/94 Е должно быть равно 365 V (445-30) при токе Iр= 90 mА, что означает мощность рассеяния 33 Вт. При произвольном выборе точки максимальных искажений в 5 % на 10 Вт выходной мощности, эффективность анода моей 300В равна 30 %, не 25 %, при этом она не «шипит» на максимуме рассеяния 40 Вт.
По этой же теме, трехсотка г-на Welch'a (при правильном соединении межкаскадного трансформатора) работает с гораздо большей эффективностью анода, чем он представляет. Полагая, что его измеренное значение Ер от анода до «земли» равно 420 V при напряжении автосмещения в 70 V, действительное значение Еp=350V. Тогда при Iр =80mА, мощность на аноде равна 28 Вт. Это соответствует эффективности анода в 45 %, что при 5 % искажений (12,5 Вт) является одним из высочайших значений эффективности, реализуемых на 300В.
Из-за пары различий между старой схемой и представленной вновь, значения напряжений и токов, указанных в схемах, отличаются друг от друга. Сначала я использовал кенотрон 5U4GB довольно старой конструкции (года выпуска) и получил 470 V DC (выпрямленных) при подаче 450 V (переменного). Новый кенотрон 5U4GB позволил поднять выпрямленное напряжение до 500 V, так что мне пришлось включить последовательно резистор 100 Ом в цепь питания, чтобы сохранить нужные +470 V. Кроме того, в прошлой 300В эмиссия была выше, чем у средней по характеристикам лампы и я получил Iр = 90 mA при тех же Ер и резисторе в катоде (автосмещение). Значение Iр = 80 mA в новой схеме ближе к стандартному значению. Если захотите, можете работать и без резистора 100 Ом в цепи анодного питания, только следите, чтобы мощность рассеяния на аноде 300В не превышала предельно допустимых 40 Вт.
References
1. JAES,Vol21,No4, pp267-273;Перепечатка в GA 4/92, стр. 16-19, I 23-26 и 42. это выдержка из статьи Нобу Шишидо,которую я привожу для тех,кто интересуется лампой WE300B,и особенно для тех,кто озабочен "снятием" с этой лампы как можно большей мощности.

А какова тогда мощность рассеиваемая на аноде ? и каков кпд однотактного каскада ? нельзя же всему верить .

А Нобу Шишидо поверите?