Каскадом усиления с общей сеткой я заинтересовался после ряда публикаций в журнале TubeCad а также после многочисленных положительных отзывах о звучании этого типа схем, особенно в качестве входного для МС головок для винила. Еще каскад с общей сеткой пробовали применять для построения лампового выхода ЦАПов. Правда, если для МС головки низкое входное сопротивление такого типа каскадов – это не проблема, то для других случаев это не есть хорошо.
Мною уже были сделаны некоторые начальные опыты с каскадом с общей сеткой ( ОС ) – http://klimanski.com/?p=2792 , http://klimanski.com/?p=1336 и http://klimanski.com/?p=2842 .
Вот классическая схема с общей сеткой ( ОС )
Ее параметры получаются невеселые ( все измерения сделаны с лампой 6Н8С ) – по замеру входное сопротивление 250 Ом, выходное – 8.5 КОм – то есть входное сопротивление ниже чем выходное в 34 раза !! При подаче на вход 1 вольта RMS на выходе получаем 7 вольт. И усиление не блещет, правда половина входного напряжения падает на R8. Если это не брать во внимание, то Кус будет 14. По гармоникам – третья минус 52 дБ, картинка вот такая ( этот, а также все прочие спектры гармоник сняты при уровне выходного сигнала около 7.5 вольта )
Теперь немного теории. Что она говорит для каскада с общей сеткой ? Информации а инете немного, но кое-что найти удалось. Вот напрмер отсюда http://www.w8ji.com/grounded_grid_amplifiers.htm можно найти, что выходное сопротивление каскада может быть посчитано по формуле
Ro = rp + (μ + 1)Rs,
а входное сопротивление – по формуле
Zin = ( Rp + Zload )/ (µ + 1), где
Rp – внутреннее сопротивление лампы
Rs – сопротивление генератора ( входа )
Zload – анодная нагрузка
µ – коэффициент усиления лампы.
В упомянутом источнике это не сказано, но очевидно имеется ввиду, что катодный резистор и Zin включены по переменному току параллельно, поэтому реальное входное сопротивление каскада будет соотвественно еще меньше. Ценность указанной формулы в том, что она дает ключ к пониманию того, как можно увеличить входное сопротивление каскада с общей сеткой;
1. Увеличить величину катодного резистора;
2. Взять лампу с бОльшим внутренним сопротивлением;
3. Нагрузить лампу на максимально возможное анодное сопротивление;
4. Взять лампу с минимальным мю.
Последний вариант плох, потому что все лампы с низким мю – как правило токовые ( типичный пример – 6С19П и 6Н5С ) – а ведь каскад с общей сеткой не дает усиления по току, и поэтому такая лампа в каскаде с общей сеткой почти бесполезна – она требует драйвера с таким же большим током. Тут даже получается наоборот – чтобы от каскада ОС получить усиление по напряжению или мощности лучше брать лампы со средним или даже высоким мю.
Варианты 1 и 3 в случае активного сопротивления работают только до известных пределов – анодное питание не безгранично, да и ток анода нельзя уменьшать ниже заданной величины. Тут есть только вариант с заменой активного сопротивления на динамическую нагрузку – дроссель или гиратор. Но все по-порядку.
Я уже делал попытки увеличить входное сопротивление ОС каскадов – например при помощи дросселя в катоде http://klimanski.com/?p=1336 . Для схемы ОС с дросселем в катоде параметры по входному сопротивлению заметно лучше – Rвх = 1.2 КОма, а Rвых = 11.2 КОм.
Теперь попытаемся еще улучшить эти параметры и для снижения выходного сопротивления сделаем такую вот схему включения каскада с ОС – по аналоги с СРПП
В качестве подопытной лампы я выбрал 6Н8С, и для указанной схемы без цепи ПОС ( без резистора R10, R9 равно 100К ) получились такие параметры – Кус = 15, входное сопротивление – 360 Ом, выходное – 3 КОм. Заметный прогресс в выходном сопротивлении есть, но… Не очень радует входное сопротивление…
Теперь, по аналогии с моими первыми попытками работы с ОС каскадом, в катод был поставлен дроссель LL1668 с такими параметрами – активное сопротивление – 680 Ом, индуктивность – 76 Гн ( замерена китайским тестером ) – посмотрим, что изменилось теперь.
Теперь , если без ПОС, то Кус практически не изменился – 15,6 но входное сопротивление сразу увеличилось до 1,5 КОм ! Правда, даром это не проходит – теперь увеличилось и выходное сопротивление – 4 КОм. Но вот, если мы теперь вводим ПОС в виде резистора R10 величиной в 10КОм, то входное сопротивление увеличивается до 3 КОм, при лишь небольшом росте выходного – 4.3КОм. То есть, цель практически достигнута – входное сопротивление каскада почти сравнялось с выходным.
Продолжение лабораторной работы. Теперь ставим пентод вместо верхнего элемента.
Что получили в итоге ? По входному и выходному сопротивлению изменения небольшие. Входное сопротивление без ПОС – 1.5КОм, с положительной обратной связью в ( резистор R10 – 10КОм ) – 2.8 КОм. Выходное сопротивление осталось примерно на том же уровне – 4.8К если без ПОС и 7.4 КОм с ПОС. Однако что изменилось в лучшую сторону – снизился уровень 3-ей гармоники с минус 52 дБ для триодного варианта до минс 62 дБ для пентодного. Вторая гармоника – минус 43 дБ.
Теперь еще одна вариация на эту же тему. Катодный повторитель за каскадом с ОС.
В таком варианте выходное сопротивление каскада снижается до 140 Ом, но расплатой за это – рост гармоник -третья гармоника составляет минус 48 дБ для 7 вольт на выходе.
И в довершение – схема драйвера по аналогии с собранным ранее однотактником на 6С33С http://klimanski.com/?p=1253 плюс спектр гармоник – третья на уровне минус 52 дБ.
И вот получились такие данные – входное сопротивление – 3,6 КОм, выходное – 670 Ом, Кус – 20.8. На этом это исследование можно закончить. Хотя результаты его положительны – входное сопротивление теперь уже в пять с лишним раз выше выходного при Кус = мю ! Но цена тоже большая – дополнительно лампа 6Ж4 и дроссель L2.
Чтобы избежать применения другого дросселя, попробуем снова вернуться к схеме СРПП, но теперь нагрузку в виде катодного резистора верхнего этажа заменим на динамическу нагрузку на транзисторе МП26Б ( просто я у меня был такой в коробочке ) с h21э = 48
Теперь произошли такие изменения – входное сопротивление возросло до 12 КОм ( !! ) а выходное стало около 1 КОм. А коэффициент усиления схемы – 20 раз, то есть равен мю лампы. В таком виде этот каскад уже можно пробовать на входе усилителя, что, кстати обязательно попробую сделать, чтобы выяснить, как меняется звуковой почерк каскада от введения германиевого транзистора.
Но перед прослушиванием – еще одна попытка еще улучшить работу каскада. Из теории известно, что в первом приближении входное сопротивление каскада равно
Rinp = (Eg/Ip) = (Ri + RL)/(μ + 1) ( http://livinginthepast-audioweb.co.uk/index.php?p=vappccts )
и плюс катодный резистор – получается включен параллельно этой величине. У меня была 6Г7 ( у нее Ri = 55 K, S=1.3 мА/В и мю 70 ), у которой, что очень удобно, верхний колпачек выведен к первой сетке и получается что его можно просто закрепить хомутом к корпусу. Как верхнюю я оставил 6Ж4, так как крутизной она должна быть по возможности поболее, а у нее S = 11 мА/В. Ну, и для обеспечения нормальной работы этих ламп пришлось несколько увеличить анодное питание.
По усилению в результате получили большой выигрыш – 70 раз, как и должно быть. Но вот входное и выходное сопротивление практически не изменились – это плата за высокое Ri 6Г7. Поэтому на этом я пока остановлюсь.
Как итог – добавлением одной лампы, дросселя, транзистора и ПОС удалось увеличить входное каскада с заземленной сеткой до 10 – 15 КОм, а выходное сопротивление снизилось до 500 – 1000 Ом, чего вполне достаточно для построения многокаскадных схем из подобных узлов. Чем я и займусь. Отпишу обязательно о результатах. Всего доброго !
*********************************************************************************************
