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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Minimisation de la distorsion harmonique dans un amplificateur à tube. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Amplificateurs de puissance à tubes L'article discute des résultats d'études de la linéarité de la cascade de lampes avec une source de courant dans le circuit anodique. Les paramètres des régimes électriques pour un certain nombre de triodes amplificatrices, qui fournissent la linéarité la plus élevée, sont donnés, et les spectres caractéristiques des distorsions du signal dans ces modes de fonctionnement sont indiqués. Des recommandations sur l'utilisation des lampes étudiées sont données. L'étude de la linéarité potentielle de la cascade de tubes poursuivait plusieurs objectifs. Il était censé confirmer objectivement la faisabilité d'utiliser des sources de courant comme charge anodique de la lampe et, ainsi, ébranler la confiance des opposants à cette approche et renforcer la foi de ses partisans. Je voulais à nouveau vérifier l'exactitude d'un certain nombre de recommandations sur le choix du mode de fonctionnement des cascades préliminaires données dans [1], où une cascade avec une source de courant est décrite en détail et une méthode de calcul de la cascade elle-même et la source actuelle est donnée. J'espère que les résultats de mes travaux permettront à tous les radioamateurs et audiophiles de choisir plus facilement le type de lampe et son mode de fonctionnement. Contrairement à l'article précédent [2], où des tests de nombreuses lampes ont été effectués dans des modes différents des vrais, les résultats obtenus peuvent être immédiatement utilisés dans la pratique. Pendant le fonctionnement, les modes de fonctionnement de la lampe en cascade avec une source de courant dans le circuit anodique ont été optimisés pour assurer une linéarité maximale. Le but présumé de la cascade est de fonctionner dans les circuits de préamplification des amplificateurs de puissance ; cela a déterminé la liste des lampes testées et l'amplitude de la tension de sortie à laquelle les mesures ont été effectuées. Les paramètres ont été mesurés en cascade selon le schéma présenté à la Fig. 1. En fait, le circuit a déjà été décrit [3, 4], la cascade est complétée par des éléments de régulation du courant et de la tension de polarisation de la lampe. Pour éliminer l'influence de la résistance d'entrée de l'équipement de mesure, un amplificateur tampon de mesure a été utilisé, qui a une résistance d'entrée et une linéarité très élevées. J'attire l'attention sur cette condition: dans les appareils réels, les meilleurs résultats sont obtenus lors de l'utilisation d'un suiveur de cathode comme étape ultérieure. Un générateur GZ-118 a été utilisé comme source de signal, et un compteur de distorsion non linéaire (INI) C1-6 et un analyseur de spectre HP-9A ont été connectés à la sortie de l'amplificateur tampon (A3585). La plage de variations des courants de fonctionnement de la lampe est limitée par le bas par les propriétés de fréquence nécessaires de la cascade et par le haut par la puissance de dissipation admissible à l'anode. Dans le cas général, la fréquence de coupure supérieure de la cascade (en fonction de la chute de 3 dB) peut être déterminée par la formule fgr =1/(2πC∑R'). où Su est la capacité totale connectée en parallèle avec la charge (y compris la capacité de sortie de la lampe), R' est la résistance équivalente totale connectée en parallèle avec le circuit anodique de la lampe pour le courant alternatif. Les propriétés fréquentielles de la cascade ont été déterminées pour une charge sous forme de cathode suiveuse. Dans ce cas, la capacité de charge est très faible, et l'impédance équivalente R' est pratiquement égale à la résistance de sortie de la lampe au point de repos, qui dépend du courant de repos.
Les mesures ont été effectuées comme suit: le courant de fonctionnement minimum (préalablement calculé) de la lampe a été réglé, la tension à l'anode de la lampe a été sélectionnée dans la plage de 100 ... 150 V à une valeur efficace de la tension de sortie de la cascade de 6 V. De plus, en modifiant la tension de polarisation UCM, le coefficient harmonique de la tension de sortie a été minimisé. La procédure de recherche du minimum d'harmoniques a été répétée pour de grandes valeurs du courant de fonctionnement de la lampe, et en conséquence, plusieurs points de fonctionnement ont été obtenus qui prétendent être optimaux; en ces points, le comportement de la cascade a été étudié plus en détail. Pour les lampes avec des modèles PSpise, la plage de recherche du mode optimal était plus petite en raison de la simulation préliminaire des modes de fonctionnement sur l'ordinateur. Le point de fonctionnement optimal est considéré comme fournissant la linéarité la plus élevée de la cascade au courant de repos le plus faible. Cela signifie ce qui suit: si le niveau minimum d'harmoniques était enregistré à plusieurs valeurs du courant de repos, alors la plus petite d'entre elles était considérée comme optimale. Le mode de repos de la lampe, correspondant au point optimal, est déterminé par deux paramètres : la tension à l'anode de la lampe (UA0) et le courant de la cathode de la lampe (Ik0 - il a été mesuré par la chute de tension aux bornes la résistance de précision RK) en l'absence de signal. Au cours de l'étude de différents types de lampes, un effet curieux a été découvert, qui, me semble-t-il, n'a été décrit nulle part ailleurs. Il s'est avéré que pour différents types de lampes, la nature du changement du spectre de distorsion du signal de sortie, en fonction de petits changements dans le mode CC, diffère considérablement. De plus, nous ne parlons pas d'entrer dans la région des courants et tensions faibles, où la lampe est essentiellement non linéaire et de telles différences sont tout à fait attendues, mais dans la région de travail, où rien ne laisse présager de telles anomalies. L'effet est stable et dépend peu d'une instance de lampe particulière. Dix-huit types de lampes ont été étudiés (tout le matériel n'a pas été inclus dans cet article), et si la lampe se comportait d'une certaine manière, alors tester un autre spécimen pris au hasard donnait approximativement la même image. Par conséquent, j'ai décidé d'ajouter un paramètre subjectif supplémentaire aux caractéristiques de la lampe, qui caractérise la stabilité du spectre harmonique du signal de sortie en fonction du mode de la lampe pour le courant continu (ci-après, simplement la stabilité). Conditionnellement, trois gradations de stabilité ont été introduites - "faible", "moyenne", "élevée". Les lampes à haute stabilité se caractérisent par un petit changement dans le spectre du signal de sortie lors du changement de mode pour le courant continu sur une large plage. Un représentant frappant de ce groupe de lampes est la lampe 6N8S: le changement de son mode CC n'entraîne qu'un léger changement (de 1,5 ... 2,5 dB) du niveau de la deuxième harmonique, et les harmoniques supérieures n'apparaissent pas. C'est peut-être l'une des raisons pour lesquelles les audiophiles aiment tant ce tube ; il pardonne toutes les erreurs de conception imaginables et impensables. Les lampes à stabilité moyenne réagissent à un changement de mode CC plus brusquement, mais de manière prévisible. Par exemple, lorsque la tension d'anode est abaissée, les changements dans le spectre du signal de sortie deviennent très rapidement perceptibles : le niveau de la deuxième harmonique augmente, des harmoniques plus élevées apparaissent. Plus l'écart du régime par rapport au point optimal est important, plus les niveaux d'harmoniques sont élevés et plus leur nombre est élevé. Les lampes à faible stabilité modifient considérablement la nature du spectre de sortie avec des changements relativement faibles en mode CC et ont parfois plusieurs zones de fonctionnement avec une transition nette entre elles. Un exemple typique est la lampe 6C3P. Lorsque la tension d'anode ne change que de 6%, la lampe change radicalement la nature du spectre: les harmoniques supérieures disparaissent, le niveau de la deuxième harmonique augmente et avec une nouvelle augmentation de la tension d'anode, elle change peu. Lorsque la lampe se trouve dans la zone de faible stabilité, en règle générale, la distorsion harmonique minimale est atteinte et la lampe est extrêmement sensible au mode CC, un léger changement de mode peut contrôler efficacement le niveau et le rapport des amplitudes harmoniques. Pour certains types de lampes, les caractéristiques des deux modes de fonctionnement sont données. Séparément, les possibilités de fonctionnement de la lampe à basse tension d'anode ont été étudiées. Les recommandations apparaissant périodiquement sur l'utilisation de lampes conventionnelles dans une cascade résistive à basse tension d'anode, c'est un euphémisme, ne sont en aucun cas justifiées. L'utilisation d'une source de courant dans le circuit anodique est une des possibilités pour mettre en oeuvre un tel mode de fonctionnement de la cascade avec une amplification suffisante et des propriétés fréquentielles satisfaisantes, sans entrer dans le mode "microcourant". Pour les lampes acceptables, à mon avis, travaillées dans de tels modes, les paramètres correspondants sont indiqués. Sur la fig. La figure 2 montre le spectre du signal de sortie d'un étage résistif sur une lampe 6H8C (je donne spécifiquement un exemple de modification des paramètres de l'étage avec cette lampe, car elle est considérée comme l'une des plus linéaires). La lampe fonctionne approximativement dans le même mode (la même instance) que dans la cascade avec une source de courant (UA0 = 187 V, lK0 - 4,7 mA), la résistance de la résistance d'anode est de 20 kOhm. Cette valeur a été choisie conformément aux recommandations fréquemment rencontrées : porter sa résistance à 2... 3 fois la résistance interne de la lampe au repos. Pour cette lampe, la résistance interne à un courant de 4,7 mA est de 9150 ohms. Comparons les spectrogrammes : l'utilisation d'une source de courant (Fig. 3) a entraîné une diminution du niveau de la deuxième harmonique de près de dix fois, la troisième harmonique a complètement disparu ! En conséquence, le coefficient harmonique de l'étage a diminué de 0,608 % à 0,078 % et le signal de sortie a un spectre plus favorable. Au fur et à mesure que le niveau de sortie augmente, les avantages de l'étage source de courant deviennent encore plus forts. Le tableau récapitulatif montre les paramètres moyens des modes de fonctionnement optimaux pour toutes les lampes, et les spectrogrammes (Fig. 4-12) montrent les spectres harmoniques du signal de sortie caractéristique de certaines d'entre elles.
Il convient de tenir compte du fait que les lampes ont une répartition significative des paramètres et qu'il n'y aura pas de coïncidence complète des paramètres de cascade lors de l'utilisation de différentes lampes, mais les différences sont faibles - 15 ... 25%. Par conséquent, la tension sur la grille de la lampe est caractérisée comme indicative et sert de valeur initiale pour la conception. Pour les lampes combinées, les paramètres de la partie triode sont donnés ; la pentode 6Zh38P est allumée en mode triode (attention à cette lampe !). À la suite des études et des mesures de la non-linéarité des triodes amplificatrices utilisées avec une source de courant dans le circuit de puissance et un étage tampon, l'auteur a tiré les conclusions suivantes. 1. La comparaison des résultats obtenus avec les paramètres des cascades résistives sur les mêmes lampes prouve que l'utilisation d'une source de courant (même sur transistors !) augmente significativement la linéarité de la cascade et améliore la composition spectrale de la tension de sortie. 2. La haute linéarité de la cascade avec une source de courant dans le circuit d'alimentation et l'amélioration du spectre du signal de sortie élargissent considérablement la gamme de tubes pouvant être utilisés dans des amplificateurs de fréquence audio de haute qualité. Les lampes traditionnellement décriées 6N2P, 6NZP, 6N23P affichent d'excellents résultats en termes de linéarité et de qualité sonore ! 3. Le gain de la cascade avec une source de courant tend vers une valeur égale à la valeur de μ de la lampe (avec une résistance d'entrée suffisamment grande de la cascade suivante). Dans le cas général, cela permet de réduire le nombre d'étages requis tout en conservant la sensibilité donnée. 4. La réduction de la tension d'anode de la lampe entraîne une détérioration de la linéarité de la cascade. Bien que l'étage source actuel permette ce mode de fonctionnement pour la plupart des tubes, il n'est pas recommandé d'utiliser de tels modes dans des amplificateurs de haute qualité. Cette conclusion est vraie non seulement pour les tubes radio conventionnels, mais également pour ceux conçus pour fonctionner à basse tension. L'étude des lampes 6S63N [1] et 6N27P (tension d'anode typique - 28 V) a montré que la meilleure linéarité de la cascade est obtenue à une tension d'anode beaucoup plus élevée. 5. Si l'amplificateur est alimenté par une tension non régulée, des lampes à haute stabilité spectrale harmonique doivent être utilisées. L'utilisation d'alimentations stabilisées supprime cette limitation et permet d'utiliser toutes les lampes listées ici avec un résultat stable. 6. Si la lampe a une zone prononcée avec une faible stabilité spectrale, alors, apparemment, elle devrait être évitée, car il n'y a aucune information sur la stabilité temporelle d'un tel régime (en tout cas, de l'auteur). Lors du réglage de l'amplificateur en utilisant uniquement l'INI, il existe un risque de tomber dans une telle zone de travail, car c'est dans ce mode que la distorsion harmonique totale la plus faible de la tension de sortie de la cascade est obtenue. littérature
Auteur : E.Karpov, Odessa, Ukraine
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