最大限度地减少电子管放大器中的谐波失真。方案、说明

最大限度地减少电子管放大器中的谐波失真。无线电电子电气工程百科全书

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本文讨论了阳极电路中带有电流源的灯级联线性度的研究结果。给出了许多提供最高线性度的放大三极管的电学状态参数，并显示了这些工作模式下信号失真的特征谱。给出了所研究灯的使用建议。

对管级联潜在线性的研究追求几个目标。其目的是客观地证实使用电流源作为灯的阳极负载的可行性，从而动摇该方法反对者的信心并坚定其支持者的信心。我想再次检查[1]中给出的关于初级级联运行模式选择的一些建议的正确性，其中详细描述了具有电流源的级联以及计算级联本身和的方法。给出了当前源。我希望我的工作成果能让所有无线电业余爱好者和发烧友更容易选择灯的类型及其工作模式。

与之前的文章[2]不同的是，许多灯的测试都是以与实际不同的模式进行的，所获得的结果可以立即用于实践。在工作期间，对与阳极电路中的电流源级联的灯的工作模式进行了优化，以确保最大线性度。推测级联的用途是工作在功率放大器的前置放大电路中；这确定了测试灯的列表以及进行测量的输出电压的幅度。

根据图 1 所示的方案在级联中测量参数。 3. 事实上，该电路已经在[4, XNUMX]中进行了描述，级联补充了用于调节灯电流和偏置电压的元件。为了消除测量设备输入电阻的影响，采用了测量缓冲放大器，它具有很高的输入电阻和线性度。我提请注意这种情况：在实际器件中，使用阴极跟随器作为后续级时可以获得最佳结果。

使用 GZ-118 发生器作为信号源，将非线性失真仪 (INI) C1-6 和 HP-9A 频谱分析仪连接到缓冲放大器 (A3585) 的输出。

灯的工作电流的变化范围从下方受到级联的必要频率特性的限制，从上方受到阳极处允许的耗散功率的限制。

一般情况下，级联的截止频率上限（根据3 dB下降）可以通过以下公式确定

fgr =1/(2πC∑R')。

其中Su是与负载并联的总电容（包括灯的输出电容），R'是与交流灯的阳极电路并联的总等效电阻。

级联的频率特性是针对阴极跟随器形式的负载确定的。在这种情况下，负载电容非常小，等效阻抗R'实际上等于灯在静态点的输出电阻，该输出电阻取决于静态电流。

（点击放大）

测量进行如下：设置灯的最小（初步计算）工作电流，在输出电压有效值下选择灯阳极电压在100 ... 150 V范围内6 V级联。此外，通过改变偏置电压UCM，输出电压的谐波系数被最小化。对于灯的大工作电流值，重复寻找最小谐波的过程，结果，获得了几个声称是最佳的工作点；在这些点上，级联的行为得到了更详细的研究。对于具有 PSpise 模型的灯，由于在计算机上对工作模式进行了初步模拟，因此最佳模式的搜索范围较小。

最佳工作点被认为是在最低静态电流下提供最高级联线性度。这意味着：如果在静态电流的多个值处记录了最小谐波水平，则其中最小的被认为是最佳的。与最佳点相对应的灯的休息模式由两个参数确定：灯阳极的电压 (UA0) 和灯阴极的电流 (Ik0 - 通过两端的电压降来测量)精密电阻RK）在没有信号的情况下。

在研究不同类型的灯的过程中，发现了一种奇怪的效应，在我看来，这种效应在其他任何地方都没有被描述过。事实证明，对于不同类型的灯，输出信号失真频谱的变化性质（取决于直流模式的微小变化）存在显着差异。此外，我们并不是在谈论进入低电流和电压区域，在该区域中，灯本质上是非线性的，并且这种差异是完全可以预料到的，而是在工作区域中，没有任何迹象表明会出现这种异常。效果稳定，几乎不依赖于特定的灯实例。研究了十八种类型的灯（本文并未包含所有材料），如果灯以某种方式运行，则测试随机采集的另一个样本会得到大致相同的图像。

因此，我决定在灯的特性中再添加一个主观参数，该参数表征输出信号的谐波频谱的稳定性取决于直流电的灯模式（以下简称稳定性）。有条件地引入了三个稳定性等级——“低”、“中”、“高”。

高稳定性灯的特点是，在大范围内改变直流电模式时，输出信号的频谱变化很小。这组灯的一个引人注目的代表是 6N8S 灯：改变其 DC 模式只会导致二次谐波电平发生轻微（1,5 ... 2,5 dB）变化，并且不会出现更高次谐波。也许这就是发烧友如此喜爱这款电子管的原因之一；它原谅所有可以想象和不可想象的设计错误。

具有中等稳定性的灯对直流模式变化的响应更加敏锐，但可以预见。例如，当阳极电压降低时，输出信号频谱的变化很快就会变得明显：二次谐波的电平增加，出现更高次谐波。该状态偏离最佳点越远，谐波的级别越高且数量越多。

稳定性低的灯会在直流模式下相对较小的变化下显着改变输出光谱，并且有时具有多个工作区域，并且它们之间有急剧的过渡。一个典型的例子是6C3P灯。当阳极电压仅变化 6% 时，灯的频谱性质就会发生巨大变化：高次谐波消失，二次谐波的电平增加，并且随着阳极电压的进一步增加，变化很小。当灯处于低稳定区时，通常会达到最小谐波失真，并且灯对直流模式极其敏感，模式的轻微变化可以有效地控制谐波幅度的水平和比率。对于某些类型的灯，给出了两种操作模式的特性。

分别研究了灯在低阳极电压下工作的可能性。温和地说，定期出现的关于在低阳极电压下使用电阻级联传统灯的建议是没有道理的。在阳极电路中使用电流源是实现级联的这种具有足够放大和令人满意的频率特性的操作模式的可能性之一，而无需进入“微电流”模式。在我看来，对于在这种模式下工作的可接受的灯，会指示相应的参数。

上图。图 2 显示了 6H8C 灯上电阻级的输出信号频谱（我专门给出了一个使用该灯更改级参数的示例，因为它被认为是最线性的灯之一）。该灯的工作模式大致与与电流源级联（UA0=187V，lK0-4,7mA）相同的模式（相同的实例），阳极电阻器的电阻为20kOhm。该值是根据经常遇到的建议选择的：将其电阻设为灯静止时内阻的 2 ... 3 倍。对于该灯，4,7mA 电流下的内阻为 9150 欧姆。我们来比较一下频谱图：使用电流源（图3）导致二次谐波的电平降低了近十倍，三次谐波完全消失了！

因此，该级的谐波系数从0,608%下降到0,078%，输出信号具有更有利的频谱。随着输出电平的增加，电流源级的优势变得更加强大。

汇总表显示了所有灯最佳工作模式的平均参数，频谱图（图4-12）显示了其中一些灯的输出信号特征的谐波频谱。

将电子管放大器中的谐波失真降至最低

应当考虑到，灯具有显着的参数分布，并且使用不同灯时级联参数不会完全一致，但差异很小 - 15 ... 25%。因此，灯的栅极电压被表征为指示性的并且作为设计的初始值。

对于组合灯，给出了三极管部分的参数； 6Zh38P五极管以三极管模式打开（注意这个灯！）。

通过对电源电路中电流源和缓冲级使用的放大三极管的非线性度的研究和测量，作者得出以下结论。

1. 将获得的结果与相同灯上的电阻级联参数进行比较，证明使用电流源（即使在晶体管上！）显着提高了级联的线性度并改善了输出电压的频谱成分。

2、电源电路中与电流源级联的高线性度和输出信号频谱的改善，显着扩大了适用于高品质音频放大器的电子管范围。传统上备受诟病的灯管6N2P、6NZP、6N23P在线性度和音质方面表现出了优异的成绩！

3. 具有电流源的级联的增益趋于等于灯的μ值（下级联的输入电阻足够大）。在一般情况下，这使得可以在保持给定灵敏度的同时减少所需的级数。

4. 降低灯的阳极电压会导致级联线性度恶化。尽管电流源级允许大多数电子管采用这种工作模式，但不建议在高质量放大器中使用这种模式。这个结论不仅适用于传统的无线电电子管，也适用于那些设计为低电压工作的无线电电子管。对灯 6S63N [1] 和 6N27P（典型阳极电压 - 28 V）的研究表明，级联的最佳线性度是在更高的阳极电压下实现的。

5. 如果放大器由非稳压电压供电，应使用光谱谐波稳定性高的灯。使用稳定电源消除了这一限制，并且可以使用此处列出的所有灯并获得稳定的结果。

6. 如果灯具有明显的低光谱稳定性区域，那么显然应该避免使用它，因为没有关于这种状态的时间稳定性的信息（无论如何，来自作者）。当仅使用 INI 调谐放大器时，存在陷入这样的工作区域的危险，因为正是在这种模式下，级联输出电压中的总谐波失真达到最低。

文学

Karpov E. 低频混合电子管放大器电路。 - 在线版：next-power.net/next-tube/ru/index.php3。
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卡尔波夫 E. 单管放大器。 - 在线版：next-power.net/next-tube/ru/index。 phpXNUMX
Karpov E. TB3 管 UMZCH。 - 广播，2003 年，第 4 期，第 11 页。 15-XNUMX。

作者：E.Karpov，乌克兰敖德萨

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