灯级联的杂技。方案、说明

灯瀑布的杂技。无线电电子电气工程百科全书

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每个至少对电子管电路有一点了解的人都知道，电子管放大级通常以其极其简单和少量元件而著称。当试图解释电子管声音优于晶体管声音的现象时，这个因素以及电子管的自然线性通常被引用为一个论据。必须承认，从常识的角度来看，这样的解释是很有说服力的。此外，在最佳电子管音频组件的电路分析中，它经常在实践中得到证实，以至于很少有人会想尝试挑战它。

灯技术开发人员的主要座右铭是：越简单、越好、更可靠（不幸的是，这里没有包含“更便宜”的概念，尽管从逻辑上讲它似乎暗示了自己）。因此，让我们看一下具有共阴极的三极管上的传统低功率电阻放大级。阳极负载电阻、阴极自偏压电阻、栅极漏电电阻和三极管本身——事实上，就是整个级联。更准确地说，它的基本版本（图 1）。

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图。 1

其余的要么是与其他级的耦合元件，要么是阻断局部负电流反馈（用电容器分流阴极电阻），或者是阴极电路中的分压器，用于更复杂的偏置组织，或者电源电路的去耦滤波器，或校正电路。通常，即使拥有所有这些附加组件也不会使电子管放大级比我们在图 1 中看到的复杂得多。 XNUMX.一切都非常清晰和简单（乍一看）。已知频率范围中间的级增益为（在没有局部负反馈的情况下）：K=-R_a/（R_i+R_a) （考虑到下一级 R 的输入电阻_{入口 2} 而不是 R_a 使用 R_n.eq=R_a|| R_{入口 2}, 和输出电阻 Z_Ø=R_i哪里=SR_i - 灯的电压放大系数； S——陡度； R_i - 灯的内阻； R_a - 阳极负载电阻。

众所周知，对于这样的三极管级，实际增益通常为（0,6-0,8）并且取决于 R_a，以及其他级参数：静态电流、带宽、压摆率、线性度、最大不失真输出电压、最大输出电流。通常 R_a 比 R 大几倍_i, 同时可以获得所列参数的可接受值。但是在三极管上级联的可能性是有限的，因为，为了追求一个参数，其他同样重要的参数通常会受到影响，改变阳极负载和阴极自动偏置电阻值的自由度是小。

阳极电源电压和静态电流也是如此，因为几乎所有灯在阳极功耗边缘“听起来”最好（尽管并非总是如此）。然而，即使在这些相对狭窄的“创造性限制”内，考虑到先前和随后的级联，在特定级联中找到特定灯的最佳操作模式也不是那么容易。在这种情况下，最佳模式被理解为将提供最佳声音的模式，而不是记录参数或漂亮的波形图。或许是放大级各个参数的相互矛盾，以及它们对同一因素的依赖的模糊性，才是这些参数的数字值与音质之间相关性较弱的原因。

因此，如果您要追求最大线性度，则必须增加阳极负载的值，从某个值开始，这将对带宽、级联的动态特性和增益产生不利影响，大负载电阻，开始降低，因为它降低了静态电流和灯斜率。此外，级联的过载能力也急剧下降。因此，超高线性度的价格也令人望而却步，因为您必须为整个设备的音质付出代价。事实证明，我们为线性付出了音质，而不是反之亦然，因为它应该是。

这让人想起克雷洛夫的寓言《天鹅、小龙虾和梭子鱼》，只是这种情况下的天鹅不是鸟（也不是一般的鸟），而是放大因子，癌症是级联的线性，而派克……总之，事情还在。这些顽固的人物相对和平与和谐。因此，如果三极管上的一级不能提供必要的放大，则必须安装第二级。为了获得良好的动态特性，有时必须满足于适度的增益，降低阳极负载并增加级的静态电流。即使在最简单的放大阶段，当涉及到“最后的判断”——倾听时，也会出现很多难以解释的细微之处和现象。

所以，总结一下：在三极管的放大级，各种参数对整个设备的音质都有实实在在的影响，相互矛盾，“拉”其中一个参数时必然会过分热心。导致他人的恶化。但是，有一种方法可以打破这种恶性循环。

毕竟，到目前为止，我们一直在谈论单个三极管的放大级。如果你在同一个阶段结合两个三极管呢？当然，这与最大简单性的概念背道而驰，但有时，您可以通过使一个级联复杂化（而且不是很重要）来解决相同的问题，而不是增加简单级联的数量。根据设置的任务类型，您可以为两个三极管上如此复杂的级联选择其中一个选项。我必须说它们有很多，而且它们是很久以前发明的。例如，级联共源共栅（图 2）允许增益急剧增加，同时宽带，因此，它与五极管一起，在电视和无线电接收器中得到广泛应用。一些世界著名的高端公司在音频放大设备中使用级联（例如，Sonic Frontiers）。

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图。 2

人们可能会争论在音频设备中使用级联的可取性，反对者通常指的是级联的输出特性从三极管退化为五极管这一事实。是的。但毕竟，五极管并不总是坏的——问题不在于使用什么，而是如何以及在哪里使用。毫无疑问，在大多数情况下，三极管更可取，但在个别电路（通常是辅助电路）中，五极管没有平等的。例如，由于高和R._i 除了绝缘栅场效应晶体管外，五极管在稳定的电流源中是无与伦比的。但这是一个完全不同的世界，尽管像 Audio Research 这样的公司在开发和实施混合拓扑方面取得了一些成功，但我个人毫不怀疑，如果使用五极管代替 MOSFET，他们的许多产品听起来会更有音乐性。让我们记住50年代和60年代磁性录音黄金时代的专业录音机（例如Telefunken）。他们中的许多人在播放放大器的第一级中都有一个 EF86 五极管（类似于 6Zh32P）。

但是，让我们从试图将被许多发烧友判处无期徒刑的五极管换成纯三极管的尝试回归。我们将看到的下一个级联很像级联。这也是两个三极管，其中一个“栖息”在另一个的肩膀上。是的，这个“管状马戏团”在许多人中引起了怀疑的假笑，而且，很可能，紧随其后的是一连串的说教言论，比如“一个人——对不起，一个三极管——必须在地球上行走！” 但无论如何，这种级联值得关注，因为它同时在几个重要参数方面提供了切实的改进：模式稳定性、线性度、输出阻抗、宽带、过载能力以及对阳极电源电压的干扰和纹波的敏感性。就声音而言，每个人都知道 Audio Note 和 Saga Audio Designs 耳放听起来一点也不差！正是这些公司最常被用作输入或驱动阶段，如图所示。 3a。它最常被称为 SRPP（SRPP - 分流调节推挽）。

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米。 3a

让这个缩写的解码不要误导你：这里的“推挽”只用上下三极管的反相信号来表示。同样的成功，两个三极管级联的经典电路可以称为“推池”——还有一个反相信号。因此，SRPP 并不是一个在文献中扎根的完全正确的名称。您还可以看到缩写 TTSA（Two Tube Series Amplifier - 双管串联放大器），尽管它可以作为垂直配置所有阶段的通用标签，包括级联。在俄语中，我们的级联被简单而清晰地称为：具有动态负载的放大级联。正是这个名字最准确地反映了它的本质（当俄语被证明比英语更简洁时，这是一种罕见的情况）。还有一个更具异国情调的俄罗斯名称 - 阳极负载电路中带有“电子电阻器”的级联（TV Voishvillo. Amplifying devices. M., Svyaz, 1975）。

因此，SRPP 级联在阳极电路中有第二个三极管，而不是通常的阳极负载电阻器，其栅极偏置由电阻器 R 设置_к2. 当栅极V1上出现信号的正半波时，下三极管的电流增加，导致电阻R两端的压降增加_к2，这反过来又降低了上三极管 V2 的电流。阳极电流有趋于稳定的趋势，与传统的电阻放大级相比，现在它对输入信号的变化的依赖性较小。组合负载 - 三极管 V2 和电阻器 R_к2 - 就其特性而言，它开始接近稳定电流源。

那有什么好处呢？众所周知，稳定的电流源具有很高的内阻，对于理想的电流源，它等于无穷大（当然，这是一个数学抽象）。现在请记住，三极管级联越线性，其负载电阻就越高。如上所述（通过任意增加阳极负载），正面解决这个问题是不可能的，因为级联的其他同样重要的参数会受到影响。它仍然只是“欺骗”易受骗的三极管 V1，而它的负载电阻“加倍”：对于直流电它很小并且等于（R_к2+R_ivk2)，在不增加阳极电源电压的情况下保证级联的正常模式，对于交流电（或动态负载电阻），它可以大得多，由 R 的值决定_к2 和上三极管的电压增益：R_{n. 丁。}=R_к2（1 +)+R_i(V2)。

这使得与传统放大级相比，SRPP级可以获得稍高的增益。而且由于输出信号取自阴极V2，因此输出电阻要低得多。实际上，当这种级联运行在相对低阻的负载上时，无论是在增益上还是在带宽上都可以获得非常显着的增益。是的，如果级联有足够的静态电流，动态特性可以获得非常令人印象深刻（这里重要的是不仅要考虑级联的速度，还要考虑可以给出多大的信号电流到负载）。

由于这些原因，SRPP级联在视频放大器电路中得到了应用，其中需要确保产品的最大值，以及高速触发器电路（A.P. Lozhnikov，E.K. Sonin。级联放大器。M.，Energia，1964），可能早在有人有想法在音频放大电路中尝试它之前。当在寄生负载电容相当大的电路中工作时，其优势尤其明显（该类别包括一些在大量并联输出灯或具有高动态输入电容的单个灯上工作的驱动器电路）。图上。图 3b 显示了 SRPP 级联增益对 6N3P 双三极管的依赖性（=35，R_i\u5,8d XNUMX kOhm) 来自不同 R 值下的等效负载电阻_к2 （曲线 1 对应于具有共阴极的传统级联，其余 - SRPP：2 - 在 R_к2=360 欧姆； 3-R_к2=560 欧姆； 4-R_к2\u820d 3 欧姆）如图。图 XNUMXc 显示了 SRPP 级联的输出电阻对 R 值的依赖性_к2. 图上。图 3d 用于比较 SRPP 级联（顶部）和常规级联（底部）在 6N3P 上的瞬态特性（曲线 1 - 在 C_н\u5d 2 pF; XNUMX-C_н\u15d 3 pF; XNUMX-C_н\u30d 4 pF; XNUMX-C_н= 55 pF）。

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米。 3b

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米。 3c

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米。 3g

然而，SRPP 并不是终极梦想。并且出于这个原因：虽然级联的组合阳极负载，如前所述，获得了稳定电流源的一些特性，但由于相对较小三极管的特性，V2缺乏“放大能力”来充分补偿R两端的电压降_к2由信号电流的变化引起。有两种方法可以解决这个问题：要么使用五极管而不是三极管作为 V2，要么增加 V2 网格上的信号电平。第一条路径通向图 4 所示的电路。 5，第二个 - 所谓的“增强型 SRPP”，这也是获得更复杂的（图 XNUMX）。

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图。 5

事实是，要显着提高电网 V2 上的信号电平，只需增加电阻器 R_к2 失败，因为级联工作点的位置也取决于同一电阻的值，如果你以这种方式得意忘形，你可能会失去 SRPP 级联的所有优点（首先，过载能力会恶化）。但是您可以沿着欺骗易受骗三极管的路径走得更远，现在也“愚弄” V2：使用分频器（R_к2 R_a)，它将取代 R_к2，这将在改变其网格上的信号电平时提供更大的自由度（这将与分压器的下电阻成正比），并通过电容器 C 应用此信号_a.

这种级联的增益已经可以非常接近较低的三极管（我们不能忘记，他仍然是决定级联操作的主要“演员”，其他一切都只是为他创造最佳的“工作条件”）。因此，国外文献中SRPP的放大级联被称为“Mu Follower”——“repeater””。再一次，这个壮观的名字有点武断，因为增强型 SRPP，虽然它的选择非常接近价值的增益下三极管，但仍然没有“重复”它。此外，通过使用五极管作为顶灯和电路的进一步复杂化，它留下了进一步减小实际增益和值之间的距离的可能性。降低灯泡，同时降低已经很低的输出阻抗并扩大动态范围。杂志“Glass Audio”页面上的这种级联（图6）称为“（-cascade”（Allan Kimmel。Mu 舞台//Glass Audio，1993，N2）。

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图。 6

这种级联的结构特征为选择上下灯的静态电流提供了充足的机会。这种情况下的电流可以不同，因为五极管偏置由单独的分压器（R_к2, R'_к2），这也有助于进一步降低输出电阻（并且，显然，当“推挽”效应可以表现出来时，使足够高电平信号的正半波和负半波均衡，即，在一般情况下，矩形脉冲的前沿和后沿的陡度可以不同）。

三极管的阳极负载值R_a 也可以在一定范围内变化。另一方面，五极管可以被认为是一个阴极跟随器，其传输系数非常接近于一。因此，阳极或电阻器 R 下端电压瞬时值的任何变化_a，由五极管 V2 上的阴极跟随器高精度跟踪，出现在顶部端子 R_a，因此 R 两端的电压降_a 几乎恒定且不依赖于信号 - 这是真正的（当然不是理想的，但非常接近）稳定电流的来源。

当然，对五极管过敏的人也可以用一个三极管作为V2，但会得到更适中的参数。三极管阴极跟随器的 K 增益通常约为 0,9，而五极管可轻松提供 0,995 或更高。现在让我们以 R_a 等于 6,8 kOhm 并计算级联阳极负载的动态电阻：R_{n. 丁。}=R_a/（1-K）。在我们的示例中_{n. 丁。三极管。}\u68d XNUMX kOhm 和 R_{n. 丁。五角大楼}\u1,36d 20 兆欧。相差XNUMX倍！顺便说一句，阴极追随者在具有技术素养的发烧友中也享有远非无可挑剔的声誉。但是，尽管如此，根据同一个 Allan Kimmel 的说法，在这样的方案中，五极管上的阴极跟随器正是您所需要的。

一般来说，阴极跟随器中的五极管在参数（较低的输出阻抗和衰减）和声音方面都提供了更好的结果。此外，Allan Kimmel 写道，他以各种可能的方式对上述所有管级联进行了很长时间的试验，并且所有这些都被正确实施，听起来非常好，而且最重要的是 - 正是-级联。作为驱动器特别好，用小“摆”输出三极管需要大的信号电压摆幅。 Kimmel 得到的参数- 级联（图 7）非常非常令人印象深刻：输出阻抗 100 欧姆，输出信号摆幅 215 V，谐波系数为 0,7%，阳极电源电压为 300 V，频率范围（-3dB）0,28 Hz - 1兆赫。

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图。 7

三极管是著名的6DJ8（类似于6N23P），两半是平行的，这对输出电阻有好处（根据Kimmel的说法，他也是这样做的，因为他无法接受一半的事实三极管“闲置”）。五极管 - 12GN7（类似物未知，但这并不重要：任何具有足够高的五极管，能够在所需的静态电流下工作，根据推荐的电流模式6N23P很容易确定； 6Zh9P一定会很好地展示自己）。但这不是故事的结局。在 Glass Audio 的 N5 1996 中，Allan Kimmel 发表了一篇题为“A Direct-Coupled Mu Stage”的文章（- 直接连接的级联），其中他带来了更完美的电路艺术作品（图8）。

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图。 8

很难说创建这个级联的想法是属于他的，还是他从旧灯文学中借来的（毕竟经常发生许多创新实际上是他们的“发明者”的两倍”）。尽管如此，这个想法是非常新颖的：如果以前的级联类似于马戏团舞台上的“活金字塔”，那么这个使用空中杂技演员和空中空中飞人。丢失的电容器 C_a，三极管的阳极和五极管的控制栅极之间的连接现在是电流的；同时，引入了一个浮动稳压屏栅电源，三极管的阳极也从中获得了电源。最初，在这个方案中，目标是排除“加载”级联输出的链 R_э C_э，尽管她的影响并没有任何戏剧性。

不知何故，前一阶段（图 7）的参数记录被打破：输出阻抗降至 80 欧姆，未失真输出电压的最大摆幅达到 269 V，谐波系数为 0,9%，相同的阳极电源 (300 V)，由于没有过渡电容器 C，频率范围已结束_a 现在以 F 开头_н(-3dB)=0,15Hz, F_в(-3 dB) 保持不变：1 MHz。为了不使电源变压器倒带，Kimmel 找到了一个非常巧妙的解决方案来组织浮动电源：他安装了一个小型白炽灯变压器并将其“从后向前”打开，向次级绕组施加 6,3 V 的交流电压，然后将整流桥和简单的晶体管稳压器连接到初级绕组，从中去除所需的 75 V。这种非标准方法也很好，因为可以将如此紧凑的电源放置在我们的级联附近，从而防止来自“漫游”的信号沿着通向公共电源的长连接线。虽然，如果有良好的去耦，这个问题可能可以通过传统方式解决 - 通过使用带有单独绕组的电源变压器。

因此，我们考虑了几个电子管电路，每一个都具有垂直配置的特点。还有其他垂直级联，最值得注意的是复杂的阴极跟随器（例如怀特的阴极跟随器）。

由于在这种情况下我们讨论的是电压放大级，因此我们不会在本文中涉及阴极跟随器。这是一个独立的生活，有自己的疮和药物。此外，在许多情况下，所考虑的放大级联类型完全消除了对阴极跟随器的需要，结合了放大器和缓冲剂的特性（就像著名的 Pantin Pro-Vee 洗发水和护发素一样——二合一！）。

正如经常发生的那样，每个后续级联都比前一个级联具有更好的参数，但同时也变得更加困难。进一步进入森林 - 更多细节。因此，我想建议那些决定从本文中“通过声音”尝试一些东西的读者不要成为极端主义者，也不要立即瞄准上述方案的“最酷”版本，而是从简单开始。谁知道，也许，在放大器或其他设备的特定设计中，就复杂性和参数而言，一些中间电路听起来最好。就个人而言，乍一看，最接近我的东西（到目前为止只是推测）是带有五极管的 SRPP 电路。

作者：Artur Frunjyan；出版：cxem.net

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