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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 진공관 증폭기의 고조파 왜곡 최소화. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
이 기사에서는 양극 회로의 전류 소스를 사용하여 램프 스테이지의 선형성에 대한 연구 결과를 논의합니다. 가장 높은 선형성을 제공하는 여러 증폭 삼극관에 대한 전기 모드 매개변수가 제공되고 이러한 작동 모드에서 신호 왜곡의 특성 스펙트럼이 표시됩니다. 연구된 램프의 사용에 대한 권장 사항이 제공됩니다. 튜브 스테이지의 잠재적 선형성에 대한 연구에는 몇 가지 목표가 있었습니다. 전류원을 램프의 양극 부하로 사용하는 타당성을 객관적으로 확인하여 이러한 접근 방식에 반대하는 사람들의 신뢰를 흔들고 지지자들의 믿음을 강화해야 했습니다. 나는 전류 소스가 있는 캐스케이드와 캐스케이드 자체 및 전류 소스를 계산하는 방법이 자세히 설명되어 있는 [1]에 제공된 예비 단계의 작동 모드를 선택하기 위한 여러 권장 사항의 정확성을 다시 한 번 확인하고 싶었습니다. 주어진다. 내 작업 결과를 통해 모든 라디오 아마추어와 오디오 애호가가 램프 유형과 작동 모드를 더 쉽게 선택할 수 있기를 바랍니다. 실제 램프와 다른 모드로 많은 램프에 대한 테스트를 수행한 이전 기사 [2]와 달리 얻은 결과는 즉시 실무에 사용될 수 있습니다. 작업 중에 양극 회로의 전류원을 사용하여 계단식으로 램프의 작동 모드를 최적화하여 최대 선형성을 보장했습니다. 캐스케이드의 추정 목적은 전력 증폭기의 사전 증폭 회로에서 작동하는 것입니다. 이를 통해 테스트할 램프 목록과 측정이 이루어진 출력 전압이 결정되었습니다. 매개변수 측정은 그림 1에 표시된 방식에 따라 계단식으로 수행되었습니다. 3. 실제로 회로는 이미 설명되어 있으며 [4, XNUMX], 캐스케이드는 램프 전류 및 바이어스 전압을 조절하기 위한 요소로 보완됩니다. 측정 장비의 입력 임피던스의 영향을 제거하기 위해 입력 임피던스와 선형성이 매우 높은 측정 버퍼 증폭기가 사용됩니다. 이 조건에 주목하겠습니다. 실제 장치에서는 음극 팔로워를 후속 단계로 사용할 때 최상의 결과를 얻을 수 있습니다. 신호 소스로는 GZ-118 발생기를 사용하였고, 버퍼 증폭기(A1)의 출력에는 S6-9 비선형 왜곡계(NIM)와 HP-3585A 스펙트럼 분석기를 연결하였다. 램프 작동 전류의 변화 범위는 아래에서는 캐스케이드의 필수 주파수 특성에 따라 제한되고 위에서는 양극에서 허용되는 전력 손실에 따라 제한됩니다. 일반적인 경우 캐스케이드의 상한 주파수(롤오프 레벨 3dB 기준)는 다음 공식으로 결정할 수 있습니다. fgr =1/(2πC∑R'). 여기서 Su는 부하와 병렬로 연결된 총 정전용량(램프의 출력 정전용량 포함)이고, R'은 교류에서 램프의 양극 회로와 병렬로 연결된 총 등가 저항입니다. 캐스케이드의 주파수 특성은 음극 팔로워 형태의 부하에 대해 결정되었습니다. 이 경우 부하 커패시턴스는 매우 작으며 총 등가 저항 R'은 정지 전류에 따라 달라지는 정지 지점의 램프 출력 저항과 거의 같습니다.
측정은 다음과 같이 수행되었습니다. 램프의 최소(사전 계산된) 작동 전류가 설정되었고, 램프 양극의 전압이 캐스케이드 출력의 유효 값을 사용하여 100...150V 범위에서 선택되었습니다. 다음으로 바이어스 전압(UCM)을 변화시켜 출력전압의 고조파계수를 최소화하였다. 램프 작동 전류의 큰 값에 대해 최소 고조파를 찾는 절차가 반복되었으며 그 결과 최적이라고 주장되는 여러 작동 점이 얻어졌습니다. 이 시점에서 캐스케이드의 동작을 더 자세히 연구했습니다. PSpise 모델이 있는 램프의 경우 컴퓨터의 작동 모드에 대한 사전 모델링으로 인해 최적 모드에 대한 검색 범위가 더 작았습니다. 최적의 작동 지점은 가장 낮은 대기 전류로 캐스케이드의 가장 높은 선형성을 제공하는 지점입니다. 이는 다음을 의미합니다. 최소 고조파 수준이 대기 전류의 여러 값에서 기록된 경우 그 중 가장 작은 값이 최적으로 간주됩니다. 최적 지점에 해당하는 램프의 나머지 모드는 램프 양극의 전압(UA0)과 램프 음극 전류(Iк0 - 정밀 저항기 RK의 전압 강하에 의해 측정됨)의 두 가지 매개변수에 의해 결정됩니다. 신호의 부재. 다양한 유형의 램프를 연구하는 과정에서 한 가지 흥미로운 효과가 발견되었는데, 이는 이전 어디에도 설명되지 않은 것 같습니다. 다양한 유형의 램프에 대해 DC 모드의 작은 변화에 따라 출력 신호 왜곡 스펙트럼의 변화 특성이 크게 다른 것으로 나타났습니다. 더욱이, 우리는 램프가 상당히 비선형이고 그러한 차이가 상당히 예상되는 저전류 및 전압 영역에 들어가는 것에 대해 말하는 것이 아니라 그러한 이상을 예고하는 것이 없는 작업 영역에 들어가는 것에 대해 이야기하고 있습니다. 효과는 안정적이며 특정 램프에 거의 의존하지 않습니다. 18가지 유형의 램프를 연구했으며(이 기사에 모든 재료가 포함된 것은 아님), 램프가 특정 방식으로 작동하는 경우 무작위로 다른 표본을 테스트하여 거의 동일한 그림을 얻었습니다. 따라서 램프의 DC 모드에 따른 출력 신호 고조파 스펙트럼의 안정성(이하 간단히 안정성)을 특성화하는 또 다른 주관적인 매개변수를 램프의 특성에 추가하기로 결정했습니다. 일반적으로 "낮음", "중간", "높음"의 세 가지 안정성 등급이 도입되었습니다. 안정성이 높은 램프는 넓은 범위에서 DC 모드를 변경할 때 출력 신호 스펙트럼의 작은 변화가 특징입니다. 이 램프 그룹의 대표적인 램프는 6N8S 램프입니다. DC 모드를 변경하면 두 번째 고조파 수준이 약간만(1,5...2,5dB) 변경되고 더 높은 고조파는 나타나지 않습니다. 아마도 이것이 오디오 애호가들이 이 램프를 좋아하는 이유 중 하나일 것입니다. 그것은 생각할 수 있거나 상상할 수 없는 모든 설계 오류를 용서합니다. 평균 안정성을 지닌 램프는 DC 모드의 변화에 더 예리하게 반응하지만 예측 가능합니다. 예를 들어, 양극 전압이 감소하면 출력 신호 스펙트럼의 변화가 매우 빠르게 눈에 띄게 됩니다. 즉, XNUMX차 고조파 레벨이 증가하고 더 높은 고조파가 나타납니다. 모드가 최적 지점에서 멀어질수록 고조파 레벨이 높아지고 그 수가 많아집니다. 안정성이 낮은 튜브는 DC 모드에서 상대적으로 작은 변화로 출력 신호 스펙트럼의 특성을 급격하게 변경하며 때로는 그 사이에 가파른 전환이 있는 여러 작동 영역이 있습니다. 대표적인 예가 6C3P 램프입니다. 양극 전압이 6%만 변경되면 램프는 스펙트럼의 특성을 급격하게 변경합니다. 즉, 더 높은 고조파가 사라지고 두 번째 고조파 수준이 증가하며 양극 전압이 추가로 증가하면 거의 변하지 않습니다. 램프가 낮은 안정성 영역에 있는 경우 일반적으로 최소 고조파 왜곡이 달성되고 램프가 DC 모드에 매우 민감하므로 모드를 약간 변경하면 고조파의 레벨과 진폭 비율을 효과적으로 제어할 수 있습니다. 일부 램프 유형의 경우 두 가지 작동 모드의 특성이 모두 제공됩니다. 낮은 양극 전압에서의 램프 작동 가능성은 별도로 연구되었습니다. 낮은 양극 전압에서 저항성 캐스케이드에서 기존 램프를 사용하는 것과 관련하여 때때로 나타나는 권장 사항은 근거가 없습니다. 양극 회로에 전류원을 사용하는 것은 "미세 전류" 모드에 들어가지 않고도 충분한 이득과 만족스러운 주파수 특성을 갖춘 계단식 작동 모드를 구현할 수 있는 가능성 중 하나입니다. 제 생각에는 이러한 모드에서 적절하게 작동하는 램프의 경우 해당 매개변수가 표시됩니다. 그림에서. 그림 2는 6N8S 램프를 사용하는 저항 스테이지의 출력 신호 스펙트럼을 보여줍니다. (가장 선형적인 램프 중 하나로 간주되기 때문에 이 램프를 사용하여 스테이지의 매개변수를 변경하는 예를 구체적으로 제시합니다.) 램프는 전류원(UA0 = 187V, lK0 - 4,7mA)이 있는 캐스케이드에서와 거의 동일한 모드(동일한 복사본)로 작동하며 양극 저항의 저항은 20kOhm입니다. 이 값은 자주 접하는 권장 사항에 따라 선택되었습니다. 저항은 휴지점에서 램프의 내부 저항보다 2~3배 더 커야 합니다. 이 램프의 경우 전류 4,7mA에서의 내부 저항은 9150Ω입니다. 스펙트로그램을 비교해 보겠습니다. 전류 소스(그림 3)를 사용하면 두 번째 고조파 수준이 거의 XNUMX배 감소하고 세 번째 고조파는 완전히 사라졌습니다! 이에 따라 캐스케이드 고조파 왜곡이 0,608%에서 0,078%로 감소했으며, 출력 신호의 스펙트럼이 더욱 좋아졌습니다. 출력 레벨이 증가할수록 현재 소스단의 이점은 더욱 뚜렷해집니다. 요약표는 모든 램프의 최적 작동 모드의 평균 매개변수를 보여주며, 스펙트로그램(그림 4-12)은 일부 램프의 출력 신호 고조파 스펙트럼 특성을 보여줍니다.
램프에는 상당한 범위의 매개변수가 있으며 다른 램프를 사용할 때 캐스케이드 매개변수가 완전히 일치하지는 않지만 그 차이는 15~25%로 작다는 점을 고려해야 합니다. 따라서 램프 그리드의 전압은 대략적인 특성을 가지며 설계의 초기 값으로 사용됩니다. 결합된 램프의 경우 삼극관 부분의 매개변수가 제공됩니다. 6Zh38P XNUMX극관은 XNUMX극관 모드에서 켜집니다(이 램프에 주의하세요!). 저자는 전원회로와 버퍼단에서 전류원을 사용하는 증폭삼극관의 비선형성을 연구하고 측정한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 동일한 램프를 사용하는 저항 스테이지의 매개변수로 얻은 결과를 비교하면 전류 소스(트랜지스터에서도!)를 사용하면 스테이지의 선형성이 크게 증가하고 출력 전압의 스펙트럼 구성이 향상된다는 것이 입증됩니다. 2. 전원 회로의 전류 소스와 향상된 출력 신호 스펙트럼을 갖춘 캐스케이드의 높은 선형성은 고품질 오디오 증폭기에 사용하기에 적합한 램프의 범위를 크게 확장합니다. 전통적으로 비판을 받았던 램프 6N2P, 6НЗП, 6Н23П는 선형성과 음질 측면에서 탁월한 결과를 보여줍니다! 3. 전류원이 있는 캐스케이드의 이득은 램프의 μ 값과 동일한 값이 되는 경향이 있습니다(다음 단계의 입력 저항이 충분히 큽니다). 일반적으로 이를 통해 지정된 감도를 유지하면서 필요한 단계 수를 줄일 수 있습니다. 4. 램프의 양극 전압이 감소하면 캐스케이드의 선형성이 저하됩니다. 현재 소스 스테이지에서는 대부분의 진공관에 대해 이 작동 모드를 허용하지만 고품질 앰프에서는 이러한 모드를 사용하지 않는 것이 좋습니다. 이 결론은 기존 무선 진공관뿐만 아니라 저전압에서 작동하도록 설계된 진공관에도 해당됩니다. 6S63N[1] 및 6N27P 램프(일반 양극 전압 - 28V)에 대한 연구에서는 훨씬 더 높은 양극 전압에서 최고의 캐스케이드 선형성이 달성되는 것으로 나타났습니다. 5. 증폭기가 불안정한 전압으로 구동되는 경우 스펙트럼 고조파 안정성이 높은 램프를 사용해야 합니다. 안정화된 전원 공급 장치를 사용하면 이러한 제한이 제거되고 여기에 나열된 모든 램프를 안정적인 결과로 사용할 수 있습니다. 6. 램프에 스펙트럼 안정성이 낮은 뚜렷한 영역이 있는 경우 해당 모드의 임시 안정성에 대한 정보가 없기 때문에(적어도 저자로부터) 분명히 피해야 합니다. INI만 사용하여 증폭기를 튜닝하는 경우 캐스케이드 출력 전압에서 가장 낮은 총 고조파 왜곡이 달성되는 모드이기 때문에 정확히 이 작동 영역에 빠질 위험이 있습니다. 문학
저자: E.Karpov, 오데사, 우크라이나
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