真空管アンプの高調波歪みを最小限に抑えます。スキーム、説明

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真空管アンプの高調波歪みを最小限に抑えます。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事では、アノード回路の電流源を使用したランプ段の線形性の研究結果について説明します。最高の直線性を提供するいくつかの増幅三極管の電気モードのパラメーターが示され、これらの動作モードでの信号歪みの特性スペクトルが示されています。研究されたランプの使用に関する推奨事項が示されています。

真空管ステージの潜在的な直線性の研究には、いくつかの目標がありました。これは、電流源をランプの陽極負荷として使用することの実現可能性を客観的に確認し、それによってこのアプローチに対する反対派の信頼を揺るがし、その支持者の信念を強化することを目的としていました。 [1] で示されている準備段階の動作モードを選択するための多くの推奨事項の正しさをもう一度確認したいと思いました。そこでは、電流源を備えたカスケードが詳細に説明されており、カスケード自体と電流源の計算方法が説明されています。が与えられる。私の研究の結果により、すべてのアマチュア無線家やオーディオ愛好家がランプの種類とその動作モードを選択しやすくなることを願っています。

多くのランプのテストが実際のランプとは異なるモードで実行された前の記事 [2] とは異なり、得られた結果は実際にすぐに使用できます。作業中に、アノード回路の電流源とカスケード接続されたランプの動作モードが最適化され、最大の直線性が確保されました。カスケードの推定目的は、パワーアンプの前置増幅回路で機能することです。これにより、テストするランプのリストと測定を行う出力電圧が決まりました。

パラメータ測定は、図に示すスキームに従ってカスケードで実行されました。実際、この回路はすでに説明されています[1、3]。カスケードには、ランプ電流とバイアス電圧を調整するための要素が追加されています。測定機器の入力インピーダンスの影響を排除するために、非常に高い入力インピーダンスと直線性を備えた測定用バッファアンプが使用されています。この条件に注目していただきたいのですが、実際のデバイスでは、後段としてカソードフォロアを使用すると最良の結果が得られます。

信号源として GZ-118 ジェネレーターを使用し、バッファーアンプ (A1) の出力に S6-9 非線形歪み計 (NIM) と HP-3585A スペクトラムアナライザーを接続しました。

ランプの動作電流の変化範囲は、下からはカスケードの必要な周波数特性によって制限され、上からはアノードでの許容電力損失によって制限されます。

一般に、カスケードの上限周波数 (3 dB のロールオフレベルに基づく) は、次の式で決定できます。

fgr =1/(2πC∑R')。

ここで、Su は負荷と並列に接続された合計容量 (ランプの出力容量を含む)、R' は交流においてランプのアノード回路と並列に接続された合計等価抵抗です。

カスケードの周波数特性は、カソードフォロアの形式の負荷に対して決定されました。この場合、負荷容量は非常に小さく、合計等価抵抗 R' は静止点でのランプの出力抵抗にほぼ等しくなります。これは静止電流に依存します。

（クリックして拡大）

測定は次のように実行されました。ランプの最小（事前計算された）動作電流が設定され、ランプのアノードの電圧がカスケード出力の実効値で 100 ～ 150 V の範囲で選択されました。次に、バイアス電圧 UCM を変更することにより、出力電圧の高調波係数を最小化しました。最小高調波を見つける手順は、ランプ動作電流の大きな値に対して繰り返され、その結果、最適であると主張されるいくつかの動作点が得られました。これらの時点で、カスケードの挙動がより詳細に研究されました。 PSpise モデルを備えたランプの場合、コンピュータ上で動作モードを事前にモデル化しているため、最適モードの検索範囲は小さくなりました。

最適な動作点は、最小の静止電流でカスケードの最高の直線性を提供する動作点です。これは次のことを意味します。高調波の最小レベルが静止電流のいくつかの値で記録された場合、それらの最小値が最適であると考えられます。最適点に対応するランプの休止モードは、ランプのアノード電圧 (UA0) とランプのカソード電流 (Iк0 - 精密抵抗器 RK の両端の電圧降下によって測定) の XNUMX つのパラメータによって決定されます。信号がないこと。

さまざまな種類のランプを研究する過程で、これまでどこにも説明されていなかったような、18つの興味深い効果が発見されました。異なる種類のランプでは、DC モードの小さな変化に応じて、出力信号の歪みスペクトルの変化の性質が大きく異なることが判明しました。さらに、ここで話しているのは、ランプが著しく非線形であり、そのような差が十分に予想される低電流および低電圧の領域に入るということではなく、そのような異常を予兆するものがない動作領域に入るということです。効果は安定しており、特定のランプにほとんど依存しません。 XNUMX 種類のランプが研究され (すべての材料がこの記事に含まれているわけではありません)、ランプが特定の動作をする場合、無作為に採取した別の標本をテストすると、ほぼ同じ結果が得られました。

したがって、ランプの DC モードに応じた出力信号高調波スペクトルの安定性 (以下、単に安定性) を特徴付ける、ランプの特性に別の主観的なパラメータを追加することにしました。従来は「低」「中」「高」のXNUMX段階の安定性を導入していました。

安定性の高いランプは、広範囲にわたって DC モードを変更した場合でも、出力信号のスペクトルの変化が小さいという特徴があります。このグループのランプの顕著な代表例は 6N8S ランプです。DC モードを変更しても、第 1,5 高調波のレベルはわずか (2,5 ～ XNUMX dB) 変化するだけで、高調波は現れません。おそらくこれが、オーディオファンがこのランプを愛する理由の XNUMX つです。それは、考えられるすべての設計エラー、および考えられないすべての設計エラーを許容します。

平均的な安定性を備えたランプは、DC モードの変化に対してより鋭く、しかし予測どおりに反応します。たとえば、アノード電圧が低下すると、出力信号のスペクトルの変化が非常に早く顕著になり、XNUMX 次高調波のレベルが増加し、より高い高調波が現れます。モードが最適点から離れるほど、高調波レベルが高くなり、その数が増加します。

安定性の低い真空管は、DC モードでの比較的小さな変化で出力信号スペクトルの性質を急激に変化させ、場合によってはそれらの間で急峻な遷移を伴う複数の動作ゾーンを有することがあります。代表的な例は 6C3P ランプです。アノード電圧がわずか 6% 変化すると、ランプのスペクトルの性質が急激に変化します。高調波が消え、第 XNUMX 高調波のレベルが増加し、アノード電圧がさらに増加しても、ランプはほとんど変化しません。ランプが低安定ゾーンにある場合、通常は最小の高調波歪みが達成され、ランプは DC モードに非常に敏感であるため、モードをわずかに変更するだけで高調波のレベルと振幅比を効果的に制御できます。一部のタイプのランプについては、両方の動作モードの特性が示されています。

低アノード電圧でのランプ動作の可能性は別途研究されました。低いアノード電圧での抵抗カスケードにおける従来のランプの使用に関して時折現れる推奨事項は、控えめに言っても根拠がありません。アノード回路で電流源を使用することは、「マイクロカレント」モードに入らずに、十分なゲインと満足のいく周波数特性を備えたこのようなカスケード動作モードを実装する可能性の XNUMX つです。私の意見では、そのようなモードで問題なく動作したランプについては、対応するパラメータが示されています。

図では、図 2 は、6N8S ランプを使用した抵抗ステージの出力信号のスペクトルを示しています (このランプは最も線形の 0 つであると考えられているため、このランプを使用してステージのパラメーターを変更する例を特に示します)。ランプは、電流源 (UA187 = 0 V、lK4,7 - 20 mA) を備えたカスケードとほぼ同じモード (同じコピー) で動作し、アノード抵抗の抵抗は 2 kOhm です。この値は、頻繁に発生する推奨事項に従って選択されています。つまり、その抵抗を静止点でのランプの内部抵抗よりも 3 ～ 4,7 倍大きくすることです。このランプの場合、9150 mA の電流での内部抵抗は 3 オームです。スペクトログラムを比較してみましょう。電流源 (図 XNUMX) を使用すると、第 XNUMX 高調波のレベルがほぼ XNUMX 分の XNUMX に減少し、第 XNUMX 高調波は完全に消失しました。

したがって、カスケード高調波歪みは 0,608% から 0,078% に減少し、出力信号のスペクトルはより良好になります。出力レベルが増加するにつれて、電流源段の利点はさらに顕著になります。

要約表は、すべてのランプの最適な動作モードの平均パラメータを示し、スペクトログラム (図 4-12) は、それらの一部の出力信号高調波スペクトル特性を示します。

チューブアンプの高調波歪みを最小限に抑える

ランプにはパラメータの大幅な広がりがあり、異なるランプを使用する場合、カスケードパラメータが完全に一致することはありませんが、その差は 15 ～ 25% と小さいことを考慮する必要があります。したがって、ランプグリッドの電圧は近似値として特徴付けられ、設計の初期値として機能します。

組み合わせランプの場合、三極管部分のパラメータが与えられます。 6Zh38P 五極管は三極管モードでオンになります (このランプに注目してください)。

著者は、電源回路およびバッファ段の電流源に使用される増幅用三極管の非線形性を調査および測定した結果、次の結論に至りました。

1. 同じランプを使用した抵抗ステージのパラメータで得られた結果を比較すると、電流源 (トランジスタ上でも!) を使用するとステージの直線性が大幅に向上し、出力電圧のスペクトル構成が改善されることが証明されています。

2. 電源回路の電流源に対するカスケードの高い直線性と出力信号のスペクトルの改善により、高品質オーディオアンプでの使用に適したランプの範囲が大幅に拡大します。従来から批判されてきたランプ 6N2P、6НЗП、6Н23П は、直線性と音質において優れた結果を示しています。

3. 電流源を備えたカスケードの利得は、ランプのμの値に等しい値になる傾向があります（次段の入力抵抗が十分に大きい場合）。一般に、これにより、指定された感度を維持しながら、必要な段数を減らすことができます。

4. ランプのアノード電圧の低下は、カスケードの直線性の劣化につながります。電流源段では、ほとんどの真空管でこの動作モードが可能ですが、高品質のアンプではこのようなモードを使用することはお勧めできません。この結論は、従来のラジオ管だけでなく、低電圧で動作するように設計されたラジオ管にも当てはまります。 6S63N [1] および 6N27P ランプ (通常のアノード電圧 - 28 V) の研究では、カスケードの最良の直線性は、はるかに高いアノード電圧で達成されることが示されました。

5. アンプが不安定な電圧で駆動されている場合は、スペクトル高調波安定性の高いランプを使用する必要があります。安定化電源を使用することでこの制限がなくなり、ここに挙げたすべてのランプを安定して使用できるようになります。

6. ランプにスペクトル安定性の低い顕著なゾーンがある場合、そのようなモードの一時的な安定性に関する情報が（少なくとも著者からは）ないため、明らかにそれを避けるべきです。 INI のみを使用してアンプをチューニングする場合、カスケードの出力電圧の全高調波歪みが最小になるのはこのモードであるため、まさにこの動作ゾーンに陥る危険があります。

文学

Karpov E. ハイブリッド低周波管アンプの回路設計。 - インターネット版: next-power.net/next-tube/ru/index.php3。
Karpov E. 電子管の高調波のスペクトル。 - ラジオ、2003 年、第 11 号、p. 14-16。
Karpov E. 単管アンプ。 - インターネット版: next-power.net/next-tube/ru/index。毎分
チューブUMZCH内のKarpov E. TB3。 - ラジオ、2003 年、第 4 号、p. 11-15。

著者: E.Karpov、オデッサ、ウクライナ

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