ランプカスケードのアクロバット。スキーム、説明

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ランプカスケードのアクロバット。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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真空管回路に少しでも精通している人なら誰でも、真空管増幅段は通常、非常に単純で素子数が少ないという特徴があることを知っています。この要因は、真空管の自然な直線性とともに、通常、真空管のサウンドがトランジスタのサウンドよりも優れているという現象を説明しようとする際に、議論として引き合いに出されます。そのような説明は、常識の観点から非常に説得力があることを認めなければなりません。さらに、最高のチューブオーディオコンポーネントの回路解析で実際に確認されることが非常に多いため、それに挑戦しようと考える人はほとんどいません。

ランプ技術の開発者の主なモットーは次のとおりです。よりシンプルで、より良く、より信頼性があります（残念ながら、論理的にはそれ自体を示唆しているように見えますが、「より安い」という概念はここには含まれていません）。では、共通カソードを持つ三極管の従来の低電力抵抗増幅段を見てみましょう。アノード負荷抵抗、カソード自動バイアス抵抗、グリッド漏れ抵抗、および三極管自体 - 実際、それはカスケード全体です。より正確には、その基本バージョン (図 1)。

ランプカスケードのアクロバット
図。 1

残りは、要素を他のステージと結合するか、ローカルの負の電流フィードバックをブロックするか（カソード抵抗をコンデンサでシャントする）、またはバイアスのより複雑な構成のためのカソード回路の分圧器、または電源回路のデカップリングフィルタ、または補正のいずれかです。回路。通常、これらすべての追加コンポーネントが存在しても、真空管増幅段階が図で見られるものよりもはるかに複雑になることはありません。 1.すべてが非常に明確でシンプルです（一見）。周波数範囲の中央でのステージゲインは (ローカル負帰還がない場合) K=- であることが知られています。R_a/（R_i+R_a) (次段 R の入力抵抗を考慮_{入口 2} Rの代わりに_a Rが使われています_n.eq=R_a|| R_{入口 2}、および出力抵抗 Z_O=R_iどこ=SR_i - ランプの電圧増幅率; S - 急勾配; R_i - ランプの内部抵抗; R_a - 陽極負荷抵抗。

このような三極管ステージの場合、実際のゲインは通常 (0,6-0,8) であることが知られています。 R に依存する_a、およびその他のステージパラメータ: 静止電流、帯域幅、スルーレート、直線性、歪みのない最大出力電圧、最大出力電流。通常R_a Rの数倍_i、リストされたパラメーターの許容値を取得することは可能ですが。しかし、三極管のカスケードの可能性は限られています.XNUMXつのパラメータを追求するために、他のパラメータはそれほど重要ではなく、通常、アノード負荷とカソードのオートバイアスの抵抗値を変える自由度に苦しんでいます小さいです。

ほとんどすべてのランプがアノードの電力損失の端で最もよく「鳴る」ので、アノードの供給電圧と静止電流についても同じことが言えます（常にではありませんが）。しかし、これらの比較的狭い「創造性の限界」内でさえ、前後のカスケードを考慮に入れて、特定のカスケードにおける特定のランプの最適な動作モードを見つけることはそれほど簡単ではありません。この場合、最適モードは、パラメータや美しいオシログラムを記録するのではなく、最高のサウンドを提供するモードとして理解されます。おそらく、増幅段階のさまざまなパラメーターの相互矛盾と、これらのパラメーターのデジタル値と音質の間の弱い相関の理由である同じ要因へのそれらの依存のあいまいさです。

したがって、最大の直線性を追求している場合は、アノード負荷の値を増やす必要があります。これは、特定の値から開始して、帯域幅、カスケードの動的特性、およびゲインに悪影響を及ぼします。静止電流とランプの傾きが減少するため、高負荷抵抗は減少し始めます。さらに、カスケードの過負荷容量も大幅に低下します。したがって、デバイス全体の音質で支払う必要があるため、超高直線性の代償も法外なものです。本来あるべきように、線形性のために音質を支払うことはありますが、その逆ではありません。

これはクリロフの寓話「白鳥、ザリガニ、パイク」を彷彿とさせます。この場合の白鳥だけが鳥ではなく（そして一般的ではありません）、増幅因子であり、癌はカスケードの直線性であり、パイク...一言で言えば、物事はまだそこにあります。これらの手に負えないキャラクターが比較的平和で調和しているところ。したがって、三極真空管のXNUMXつのステージで必要な増幅を提供できない場合は、XNUMX番目のステージを設置する必要があります。また、良好な動的特性を得るには、適度なゲインで満足し、アノード負荷を減らし、ステージの静止電流を増やす必要がある場合があります。最も単純な増幅段階でさえ、「最後の判断」、つまり聞くことになると、説明するのが難しい多くの微妙な現象が浮かび上がります。

それで、要約しましょう：チューブ三極真空管のアンプ段では、それぞれがデバイス全体の音質に具体的な影響を与えるさまざまなパラメータが相互に矛盾しており、これらのパラメータのXNUMXつを「引き出す」ときの過度の熱意必然的に他人の劣化につながります。しかし、この悪循環から抜け出す方法があります。

結局のところ、これまでは 2 つの三極管の増幅段階について話してきました。そして、同じステージでXNUMXつの三極管を組み合わせたら? もちろん、これは最大限の単純さの概念に反しますが、単純なカスケードの数を増やす代わりに、XNUMX つのカスケードを複雑にする (そしてそれほど重要ではない) ことで同じ問題を解決できる場合があります。設定されているタスクの種類に応じて、XNUMX つの三極管でのこのような複雑なカスケードのオプションの XNUMX つを選択できます。それらはかなりたくさんあり、ずっと前に発明されたと言わざるを得ません。たとえば、カスコード (図 XNUMX) を使用すると、ゲインが急激に増加すると同時にブロードバンドが可能になるため、XNUMX 極管とともに、テレビやラジオの受信機に広く応用されています。一部の世界的に有名なハイエンド企業は、オーディオ周波数増幅デバイスでカスコードを使用しています (たとえば、Sonic Frontiers)。

ランプカスケードのアクロバット
図。 2

オーディオ機器でカスコードを使用することの妥当性について議論することができ、これに反対する人は通常、カスコードの出力特性が三極管から五極管に劣化するという事実に言及します。はい、そうです。しかし、結局のところ、五極管が常に悪いわけではありません。問題は、何を使用するかではなく、どのように、どこで使用するかです。間違いなく、ほとんどの場合、三極管が望ましいですが、個々の回路（ほとんどの場合補助回路）では、五極管に匹敵するものはありません。たとえば、高いおかげでそしてR_i 五極管は、絶縁ゲート電界効果トランジスタを除いて、安定した電流源では比類のないものです。しかし、これはまったく別の世界であり、Audio Research のような企業はハイブリッドトポロジーの開発と実装にある程度の成功を収めていますが、個人的には、MOSFET の代わりに 50 極管を使用した場合、彼らの製品の多くがより音楽的に聞こえることに疑いの余地はありません。そして、60年代と86年代の磁気録音の黄金時代のプロ用テープレコーダー（Telefunkenなど）を思い出してください。それらの多くは、再生アンプの初段に EF6 の 32 極管 (XNUMXZhXNUMXP に類似) を備えていました。

しかし、多くのオーディオファンによって終身刑を宣告された五極管を純粋な三極管に恩赦する試みから話を戻しましょう。次に取り上げるカスケードは、カスコードによく似ています。これらも 3 つの三極管で、一方が他方の肩に「腰掛け」ています。はい、この「チューブサーカス」は多くの人に懐疑的なにやにや笑いを引き起こし、おそらく、「男-ごめんなさい、三極管-地球上を歩かなければならない！」のような道徳的な発言の流れが続く可能性があります。しかし、このカスケードは、モード安定性、直線性、出力インピーダンス、ブロードバンド、過負荷容量、アノード電源電圧の干渉とリップルに対する感度など、いくつかの重要なパラメータを同時に具体的に改善するため、注目に値します。サウンドに関しては、Audio Note と Saga Audio Designs のアンプのサウンドがそれほど悪くないことは誰もが知っています。図に示すように、入力ステージまたはドライバーステージとして最も頻繁に使用されるのはこれらの企業です。 XNUMXa. これは、SRPP (SRPP - シャント規制プッシュプル) と呼ばれることが最も多いです。

ランプカスケードのアクロバット
米。 3a

この略語のデコードが誤解を招かないようにしましょう。ここでの「プッシュプル」は、上部と下部の三極真空管の逆位相信号でのみ表現されます。同じ成功で、カスケード接続された1975つの三極真空管の古典的な回路は、「プッシュプール」と呼ばれる可能性があります。逆位相信号もあります。したがって、SRPPは、文献に根付いた完全に正しい名前ではありません。略語TTSA（XNUMXチューブシリーズアンプ-XNUMXチューブシリーズアンプ）も表示されますが、カスコードを含む垂直構成のすべてのステージの一般的なラベルとして使用できます。ロシア語では、私たちのカスケードは単純かつ明確に呼ばれています：動的負荷を伴う増幅カスケード。そして、その本質を最も正確に反映しているのはこの名前です（ロシア語が英語よりも簡潔であることが判明したまれなケース）。よりエキゾチックなロシアの名前もあります-アノード負荷回路に「電子抵抗器」を備えたカスケード（TVVoishvillo。Amplifyingdevices。M.、Svyaz、XNUMX）。

したがって、通常のアノード負荷抵抗の代わりに、SRPP カスケードにはアノード回路に XNUMX 番目の三極管があり、そのグリッドバイアスは抵抗 R によって設定されます。_к2. 信号の正の半波がグリッド V1 に現れると、下側三極管の電流が増加し、抵抗 R の電圧降下が増加します。_к2となり、これにより、上側の三極管 V2 の電流が減少します。アノード電流の安定性に向かう傾向があり、従来の抵抗増幅段よりも入力信号の変化に依存しなくなりました。複合負荷 - トライオード V2 と抵抗 R_к2 -その特性の観点から、それは安定した電流の源に近づき始めます。

それの何がいいの？安定した電流源の内部抵抗は高く、理想的な電流源の無限大に等しいことが知られています (もちろん、これは数学的抽象化です)。ここで、三極管のカスケードが直線的であるほど、負荷抵抗が高くなることを思い出してください。カスケードの他の同様に重要なパラメーターが影響を受けるため、上記のように (アノード負荷を任意に増加させることによって) この問題を正面から解決することはできません。だまされやすい三極管V1を「欺く」ことだけが残っていますが、その負荷抵抗は「XNUMX倍」になります。直流の場合、それは小さく、（R_к2+R_ivk2）、これにより、アノード電源の電圧を上げずにカスケードの通常モードが保証され、交流（または動的負荷抵抗）の場合、それははるかに大きくなる可能性があり、Rの値によって決定されます_к2 および上部三極管の電圧ゲイン: R_{n. ディン。}=R_к2（1 +)+R_i（V2）。

これにより、従来の増幅カスケードと比較して、SRPPカスケードのわずかに高いゲインを得ることができます。また、出力信号はカソードV2から取得されるため、出力抵抗ははるかに低くなります。実際には、このようなカスケードが比較的低抵抗の負荷で動作する場合、ゲインと帯域幅の両方で非常に大きなゲインを得ることができます。はい。カスケードに十分な静止電流があれば、動的特性を非常に印象的に得ることができます（ここでは、カスケードの速度だけでなく、信号電流をどれだけ大きくできるかを考慮することが重要です。負荷に）。

これらの理由から、SRPP カスケードは、製品の最大値を確保する必要があるビデオアンプ回路に適用されています。、および高速フリップフロップ回路（A.P. Lozhnikov、E.K。Sonin。Cascode amps。M.、Energia、1964）では、おそらく誰かが増幅回路の可聴周波数でそれを試すことを考えるずっと前に。その利点は、寄生負荷容量が非常に大きい回路で動作する場合に特に顕著です（このカテゴリには、多数の並列接続された出力ランプまたは高い動的入力容量を持つ単一ランプで動作する一部のドライバ回路が含まれます）。図に3bは、SRPPカスケードのゲインの6N3Pダブルトライオードへの依存性を示しています（=35、R_i\ u5,8d XNUMX kOhm）Rのさまざまな値での等価負荷抵抗から_к2 (曲線 1 は共通カソードを備えた従来のカスケードに対応し、残り - SRPP: 2 - at R_к2=360オーム; 3-R_к2=560オーム; 4-R_к2\u820d 3オーム）図中。 XNUMXcは、Rの値に対するSRPPカスケードの出力抵抗の依存性を示しています_к2. 図上。 3dは、SRPPカスケード（上）と6N3Pの従来のカスケード（下）の過渡特性を比較するために与えられています（曲線1 - Cで）_н\u5d 2 pF; XNUMX-C_н\u15d 3 pF; XNUMX-C_н\u30d 4 pF; XNUMX-C_н=55pF)。

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米。 3b

ランプカスケードのアクロバット
米。 3c

ランプカスケードのアクロバット
米。 3g

しかし、SRPP は究極の夢ではありません。そして、この理由から：カスケードの結合されたアノード負荷は、すでに述べたように、安定した電流源のいくつかの特性を獲得しますが、比較的小さいためです三極管の特性として、V2 には R 両端の電圧降下を十分に補償する「増幅力」がありません。_к2信号電流の変化によって引き起こされます。この問題を解決するには 2 つの方法があります。V2 として三極管ではなく五極管を使用するか、V4 グリッドの信号レベルを上げます。最初のパスは、図 5 に示す回路につながります。 XNUMX、そしてXNUMXつ目は、いわゆる「強化SRPP」で、これもより複雑になります（図XNUMX）。

ランプカスケードのアクロバット
図。 5

実際には、抵抗Rを増やすだけでグリッドV2の信号レベルを大幅に上げることができます_к2 カスケードの動作点の位置も同じ抵抗器の値に依存するため、失敗します。この方法で計り知れないほど夢中になると、SRPP カスケードのすべての利点が失われる可能性があります (そもそも、過負荷容量が低下します）。しかし、だまされやすい三極管を欺く道に沿ってさらに進むことができ、V2 も「騙す」ことができます。ディバイダ (R_к2 R_a）、これはRを置き換えます_к2、これにより、グリッド上の信号レベルをより自由に変化させることができ（分圧器の下側抵抗に比例します）、コンデンサCを介してこの信号を適用します_a.

このようなカスケードのゲインは、すでに非常に近くすることができます下の三極管（カスケードの動作を決定する主な「俳優」であり続けるのは彼であることを忘れてはなりません。他のすべては、彼にとって最高の「作業条件」を作成するためだけに役立ちます）。したがって、外国の文学におけるSRPPの増幅されたカスケードは「ミューフォロワー」-「リピーター」と呼ばれます繰り返しますが、この壮大な名前は、強化されたSRPP以来、やや恣意的ですが、値へのゲインの点で非常に近く選択されていますトライオードを下げますが、それでも「繰り返し」ません。さらに、XNUMX極管をトップランプとして使用し、回路をさらに複雑にすることで、実際のゲインと値の間の距離をさらに縮める可能性を残しています。ランプを下げながら、すでに低い出力インピーダンスを下げ、ダイナミックレンジを拡大します。雑誌「Glass Audio」のページにあるこのカスケード（図6）は「（-カスケード」（アラン・キンメル。ミュー・ステージ//グラス・オーディオ、1993年、N2）。

ランプカスケードのアクロバット
図。 6

このカスケードの構造上の特徴により、上部ランプと下部ランプの静止電流を選択するための十分な機会が提供されます。この場合の電流は異なる場合があります。これは、五極管バイアスが別の分圧器 (R_к2、R'_к2）、これは出力抵抗のさらなる減少にも寄与します（そして、明らかに、「プッシュプル」効果が現れる可能性がある場合、十分に高いレベルの信号の正と負の半波に対してそれを均等化します。、一般的なケースでの矩形パルスの前縁と後縁の急峻さは異なる場合があります）。

三極管Rの陽極負荷の値_a 特定の制限内で変更することもできます。一方、五極管は、透過係数がXNUMXに非常に近いカソードフォロワと見なすことができます。したがって、アノードまたは抵抗器Rの下部端子の電圧の瞬時値の変化_a、2極管VXNUMXのカソードフォロワーによって高精度で追跡され、上部端子Rに現れます_a、したがって、R 両端の電圧降下_a ほとんど常に信号に依存しません-これは、安定した電流の実際の（もちろん理想的ではありませんが、それに非常に近い）ソースです。

もちろん、五極管アレルギーの人はV2として三極管を使用することもできますが、より控えめなパラメータが得られます. 三極管カソードフォロアは通常、約 0,9 の K ゲインを持ちますが、五極管は 0,995 以上を容易に提供できます。ではRをとってみましょう_a 6,8 kOhmに等しく、カスケードのアノード負荷の動的抵抗を計算します。R_{n. ディン。}=R_a/（1-K）。この例ではR_{n. ディン。トライオード。}\u68d XNUMXキロオーム、およびR_{n. ディン。ペント。}\u1,36d 20MΩ。その差はなんとXNUMX倍！ちなみに、カソード信奉者もまた、技術に精通したオーディオマニアの間で非の打ちどころのない評判を享受しています。しかし、それにもかかわらず、同じアラン・キンメルによれば、そのようなスキームでは、五極管のカソードフォロワーがまさに必要なものです。

一般に、カソードフォロアの五極管は、パラメーター (より低い出力インピーダンスと減衰) とサウンドの両方の点で、はるかに優れた結果をもたらします。さらに、アラン・キンメルは、上記のすべてのチューブカスケードを可能な限りあらゆる方法で長い間実験し、それらすべてが正しく実装され、非常に良く聞こえ、何よりも正確に-正確に-カスケード。ドライバーとして特に優れており、小さな出力三極管を「スイング」します。大きな信号電圧振幅が必要です。 Kimmel によって取得されたパラメータ- カスケード (図 7) は非常に印象的です: 出力インピーダンス 100 オーム、高調波係数 215% で出力信号振幅 0,7 V、アノード供給電圧 300 V、レベルごとの周波数範囲 (-3dB) 0,28 Hz - 1MHz。

ランプカスケードのアクロバット
図。 7

三極管はよく知られている 6DJ8 (6N23P に類似) で、両方の半分が並列で、出力抵抗に好影響を与えます (Kimmel によると、彼もこれを行いました。三極管は「アイドル状態でぶら下がっていた」）。五極管 - 12GN7 (アナログは不明ですが、これはほとんど重要ではありません: 十分に高い、必要な静止電流で動作可能。これは、推奨電流モード6N23Pに基づいて簡単に決定できます。 6Zh9Pは確かにそれ自体をうまく表示します）。しかし、それで話は終わりではありません。 GlassAudioのN5で、AllanKimmelは「ADirect-CoupledMuStage」というタイトルの記事を公開しました（-直接接続のカスケード）、彼は回路芸術のさらに完璧な作品をもたらしました（図8）。

ランプカスケードのアクロバット
図。 8

このカスケードを作成するというアイデアが彼のものなのか、それとも古いランプの文献から借用したものなのかを判断するのは困難です (結局のところ、多くのイノベーションが実際には「発明者」の XNUMX 倍も古いものであることがよくあります)。」）。いずれにせよ、アイデアは非常に独創的です。以前のカスケードがサーカスアリーナの「生きているピラミッド」に似ていた場合、これは空中のアクロバットを空中ブランコで描きます。失われたコンデンサ C_a、三極管のアノードと五極管の制御グリッド間の接続はガルバニックになりました。同時に、フローティング安定化スクリーングリッド電源が導入され、三極真空管のアノードもそこから電力を受け取ります。当初、このスキームでは、目標はチェーンRを除外することでした。_э C_э、彼女の影響は決して劇的ではありませんでしたが。

どういうわけか、前の段階のパラメータの記録（図7）は壊れていました：出力インピーダンスは80オームに減少し、歪みのない出力電圧の最大振幅は、高調波係数269％で0,9Vに達しました。同じアノード電源（300 V）で、遷移コンデンサCがないため、周波数範囲が超過しました。_a F で始まる_н(-3dB)=0,15Hz、F_в（-3 dB）は同じままでした：1MHz。電源トランスを巻き戻さないために、キンメルはフローティングソースを整理するための非常に独創的な解決策を見つけました。彼は小さな白熱トランスを取り付けて「後ろから前」にオンにし、6,3次巻線に75Vの交流電圧を印加しました。整流器ブリッジと単純なトランジスタスタビライザーを一次巻線に接続し、そこから必要なXNUMX Vを除去します。このようなコンパクトな電源をカスケードに近接して配置できるため、この非標準的な方法も適しています。共通の電源につながる長い接続ワイヤに沿った「ローミング」からの信号。ただし、適切なデカップリングがあれば、この問題はおそらく従来の方法で解決できます。別の巻線を備えた電源トランスを使用することです。

そこで、いくつかのチューブ回路を検討しましたが、それぞれが垂直構成を特徴としています。他の垂直カスケード、特に複雑なカソードフォロワー（ホワイトのカソードフォロワーなど）があります。

この場合、電圧増幅段について話していたので、この記事ではカソードフォロワーについては触れません。これは、独自の傷とそれらのための薬を備えた別の生活です。さらに、検討されているタイプの増幅カスケードは、多くの場合、カソードフォロワーの必要性を完全に排除し、アンプとバッファーの特性を組み合わせます (有名な Pantin Pro-Vee シャンプーとコンディショナーのように - XNUMX つで XNUMX つです!)。

よくあることですが、後続の各カスケードは前のカスケードよりも優れたパラメーターを持っていますが、同時により困難になります。さらに森の中へ - 詳細。したがって、この記事の「音で」何かを試すことにした読者には、最大主義者ではなく、上記のスキームの「最もクールな」バージョンをすぐに目指すのではなく、簡単に始めることをお勧めします。おそらく、アンプやその他のデバイスの特定の設計では、複雑さとパラメータの点でいくつかの中間回路が最適に聞こえるでしょう。個人的には、一見、私に最も近いのは（これまでのところ推測にすぎませんが）、XNUMX極管を備えたSRPP回路です。

著者: Artur Frunjyan; 出版物: cxem.net

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