СРПП на основе входного каскада с общей сеткой. Grounded grid SRPP

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 )

gg2

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 )

gg_classic_wout_pfb_7vout

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

gg_srpp11

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.

gg_srpp_ll16681

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.

gg_srpp_ll1668_6j4

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.

srpp_6j4_wout_pfb_8vout

Теперь еще одна вариация на эту же тему. Катодный повторитель за каскадом с ОС.

gg_srpp_ll1668_6j4_kf3

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.

kf_8vout

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.

gg_6d0b64

gg_veiss_wo_pfb_7vout

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

gg_srpp_ll1668_transistor

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.

gg_srpp_ll1668_transistor_6g7_6d0b641

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 !

*********************************************************************************************

Входной трансформатор на все случаи жизни

Хочу поблагодарить Александра Резвой за его любезное согласие опубликовать в моем блоге свои статьи. Сейчас вашему вниманию – первая из них. Публикую эти статьи потому что они созвучны моему восприятию и философии построения аудиосистемы. Свои отзывы можете отправлять непосредственно Александру rezv@inbox.ru

Использование в качестве входного устройства согласования и регулирования усилителя трансформатора-аттенюатора позволяет решить массу задач, например, повысить амплитуду входного сигнала, гальванически развязать источник сигнала и усилитель, осуществить преобразование сигнала в два противофазных для возбуждения двухтактного усилителя .
Однако изготовление таких трансформаторов весьма затратно как по времени, так и по материалам. Поэтому было принято решение создать максимально универсальную конструкцию выносного блока трансформатора-аттенюатора (ТА) с возможностью использования как с SE так и с PP усилителями, в том числе и однокаскадными.
ТА намотан на пермаллоевом (мю=20000-25000) тороидальном сердечнике размером 5,0х3,0х1,5 см . Сердечник разделяется щёчками из картона на две равные половины, к нему прикрепляется заземляющий провод, затем сердечник изолируется фторопластовой плёнкой. Намотка начинается с вторичной обмотки . Отводы имеют неравномерный шаг ( таблица расчётов приводится ниже).
Начинается намотка с секций с наибольшим числом витков. Витки секции распределяются равномерно по длине намотки (половина туда – половина обратно) . В качестве обмоточного выбран эмаль-провод диаметром 0,25мм. Отводы сделаны тонким многожильным проводом во фторопластовой изоляции. Вторая половина вторичной обмотки наматывается в противоположном направлении. После намотки обмотка проваривается в смеси парафина и воска (1:1). Затем щёчки подрезаются до высоты обмотки и она изолируется фторопластовой лентой. Поверх следует намотать экран из медной или алюминиевой фольги изолированной с обеих сторон скочем. Затем следует изоляция из фторопластовой ленты. Первичная обмотка намотана проводом ПЭЛШО 0,25мм и содержит 700 витков с отводами от 400, 500 и 600 витков. Обмотка изолируется слоем фторопластовой ленты и слоем лакоткани. После намотки трансформатор ещё раз проваривается в смеси воска и парафина. Трансформатор помещается в магнитный экран из пермаллоя или трансформаторной стали.
Для переключения отводов вторичной обмотки использован переключатель на 23 положения и 4 направления, для первичной – на 4 положения ни 2 направления. (Схема прилагается) Входные разъёмы гнёзда RCA, выходные – 5штырьковые гнёзда CANON. Выходные разъёмы распаяны на самодельный экранированный кабель длиной 0.7м, содержащий две витых пары и нулевой провод.
Конструктивно ТА выполнен в виде блока 120х120х210мм, на передней стенке которого располагается переключатель-регулятор уровня, а на задней – входные и выходные гнёзда, переключатель отводов первичных обмоток и клемма заземления. Переключатель отводов вторичных обмоток экранирован медной фольгой, кроме того имеется общий экран всей конструкции. Корпус изготовлен из 12мм фанеры и оклеен кожзаменителем ( фото прилагаются).
Коэффициент трансформации: 1,78
2,08
2,5
3,12
А при совместном включении обмоток: 3,56
4,16
5,0
6,24

Нижняя частота по уровню –3дБ (Rвых=200 Ом, малый сигнал) соответственно: 2.0 Гц
3,0 Гц
4,0 Гц
6,0Гц
Верхняя частота по уровню –3дБ при использовании одной обмотки: 82 кГц
двух обмоток: 20 кГц
ТА прослушивался с однокаскадным PP усилителем на EBL21, однокаскадным SE на 6AG7 и двухкаскадным SE на 21LR8.
Описание и схему усилителя на EBL21 смотрите в последующей статье “Почти правильный РР” http://klimanski.com/?p=3430.

**********************************************************************************************

Предварительный усилитель на лампе 4П1Л

У меня есть моноблоки на лампах 6С33С http://klimanski.com/?p=1253, которым, понятно, нужен предусилитель-коммутатор – как мне показалось – со следующими функциями и параметрами:
– регулятор громкости
– регулятор стереобаланса
– коммутатор пяти входов ( для винила, СД, тюнера, ЦАП от компьютера и ДВД ).
– низкое выходное сопротивление
– высокое входное сопротивление
– высокая линейность
– невысокий коэффициент усиления ( не более двух ).

Структура построения аудиоканала выбрана такой – коммутатор входов – усилительная лампа, трансформатор ( TZ6L ) регулятор громкости и баланса – выход. Коэффициент трансформации выбран 1 к 5, то есть понижающий для снижения выходного сопротивления каскада. Трансформаторы были сделаны на заказ в фирме Аудиоинструмент.
Было много сомнений по поводу выбора лампы. Сначала думалось взять 6Н3П, 6Н23П, 6Н6П или аналогичные для обеспечения низкого внутреннего сопротивления Ri, что очень желательно для TZ6L с Ra в 10К. Но все указанные лампы не блещут линейностью, а для случая, когда на сетку подается полная амплитуда входного сигнала ( регулятор громкости-то – потом ! ) это очень важно. Выбор пал на 4П1Л, особенно после многочисленных публикаций на www.diyaudio.ru хороших отзывов об этой лампе. К тому-же – это прямонакал. Рабочая точка видна на графике – ток анода 11 мА, напряжение на аноде – 130 вольт.
4p1l_pred
Схема получилась такая:
pred_4p1l1
Регулятор громкости – потенциометры ALPS, их номинал выбран из того, что удалось купить на рынке, хотя номиналы конечно можно снизить до 1 – 2 КОм. Конденсатор С2 в стабилизаторе на LT1084 – танталовый, блокировочный конденсатор в катоде – МКР 100 мкф на 100 вольт.
Блок питания – раздельный для анодного напряжения и накала. Анодное питается от двух обмоток по 110 вольт и двух германиевых диодах Д7Г, нагруженных на 20 мкф конденсатор МБГО-2, и после дросселя от осциллографа – электролит 1000 мкф на 250 вольт, а блокировочные по ВЧ к нему конденсаторы К73-11 1 мкф на 400 В установлены непосредственно на выводах первички трансформатора TZ6L.
Накал питается от 20 ватт тора 220/12 , который был перемотан под две вторички по 5.5 вольта. Выпрямитель – простой мост на 200 вольт 6 ампер. Остальное понятно из схемы.
Корпус из нержавеющей стали мне сделал на заказ Алексей Банин, за что ему большое спасибо.
Фото самого усилителя.
img_5757_preamp_4p1l
img_5771_preamp_4p1l
Замеры уровня гармоник сделаны на уровне на входе 2 вольта, получилось, что 3я гармоника была чуть выше второй – картинку загружу позже. АЧХ ровная, на уровне минус три дБ от 2 Гц до более 100 КГц.
4p1l
Общий коэффициент передачи предусилителя при положении регулятора громкости на максимуме – 1.8 раза.
Теперь о звуке. Испытано на колонках – открытые щиты на китайском широкополоснике от Цaо с активным басовым оформлением на Eminence Alpha 15. Источник – СД Денон с ЦАПом от Аудиоинструмента ( c ламповым выходом, на фото он не виден ). Материал:
1. Русская фортепьянная музыка в исполнении Виктора Рябчикова, СД к журналу “Стерео”
2. Marc Koch, Walking in Memphis, Gold CD.
3. Profetmaster, тест-диск нр 2
4. Чайковский Франческа да Римини SimphonieOchester des Bayerischen Rundfunks, дирижер Марис Янсонс.
5. Карл Хламкин, СД диск.
Звук очень порадовал детальностью и прозрачностью и отменной динамикой, это было слышно даже сквозь оконечник на 6С33С – был слышен характерный почерк прямонакала. Баса не очень много, но он четкий, динамичный и глубокий. Жанры – все без разбора великолепно ! Особенно порадовал фортепьяно и вокал, хотя и Хламкин (кстати, это мой земляк – из Болдерая ) звучал отменно.
Хочу поблагодарить Сергея Глазунова за отличного качества трансформаторы и очень хороший ЦАП.

*********************************************************************************

Каскад на 6Н8С с общей сеткой и эмиттерным повторителем на входе

Некоторое время обратно я сделал ламповый усилитель с каскадом с общей сеткой на 6Г1 и 807 лампе http://klimanski.com/?p=1336 .  Проблемным моментом было низкое входное сопротивление входного каскада.  К тому же,  моделируя каскад с общей сеткой на TubeCad я обнаружил, что даже небольшой величины  последовательно включенное сопротивление во входную (катодную )   цепь каскада с общнй сеткой ( КОС )  очень сильно увеличивает выходное сопротивление каскада – а это плохо сказывалось на передаче баса.  Ну так как в общем и целом звучание упомянутого  макета усилителя меня  очень вдохновило, я решил продолжить работы по усовершенствованию входного каскада.

Наиболее простым способом увеличить входное сопротивление лампового КОС – поставить на вход эмиттерный повторитель. Похожим образом решил эту проблему и Розенблит в своем известном предусилителе на лампах с общей сеткой – он поставил на входе катодный повторитель. Но несмотря на свое пристрастное отношение к лампам, я не пошел этим путем – позднее объясню, почему. Вместо этого я вспомнил проект гибридного усилителя на германии http://klimanski.com/?p=605, нашел в спичечном коробке давно хранившийся германиевый транзистор МП37Б и собрал вот такую вот схемку:

mp37_gg

Замерил параметры схемы.  Входное сопротивление – оно оказалось почти  как это предсказывает теория эмиттерного повторителя: Rin = Rk*(h21 +1 ).  Замеренный тестером коэффициент передачи моего МП37Б оказался равен 62, правда, я не очень доверяю этой цифре, так как спецификация на МП37Б  дает диапазон от 25 до 50. Взяв худшее из возможных значение h21 и умножив на сопротивление катодного резистора  получим 39 килоОм. Замеренное Rin оказалось 34 КОм – замер сделан по падению уровня сигнала от последовательно включенного в цепь базы резистора.   Выходное сопротивление – определено по падению уровня сигнала на резисторе R6  – получилось 3.5КОм.

Полоса пропускания оказалась очень неплохой – минус один дБ  от 10 Гц до 60 КГц. Общий коэффициент усиления по напряжению – 10.

И две картинки – спектр гармоник и АЧХ при 7 вольт на выходе ( 0,7 вольт на входе ):

sh_2013_0002_2

sh_2013_0002_3

Уровень второй гармоники весьма высок – минус 30 дБ от уровня первой, остальные гармоники  не видны до уровня минус 60 дБ кроме девятой – предполагаю, что это артефакт, надо будет перепроверить.

Немного усовершенствовав схему, и поставив транзистор с более высоким h21э удалось снизить уровень второй гармоники до нормального уровня в минус 45 дБ:
gg_d0b3d182404
Полоса пропускания осталась прежней, коэффициент передачи каскада увеличился до 18 раз.
Результат проектирования этого каскада в TubeCad
reportprinter-report
**********************************************************************************

Фазоинвертор с разделенной нагрузкой на пентоде 6Ж8

Продолжил свои опыты начатые еще года два обратно. http://klimanski.com/?p=118. Тогда был сделан ФИ на 6Ж4 и, в принципе, было доказано, что схема рабочая. Но ее характеристики удовлетворить не могли, и вот сейчас удалось положение несколько улучшить.
Сначала напомню, что подача сигнала между первой сеткой и катодом этого типа фазоинвертора приводит к тому, что он начинает еще работать и как усилитель, ведь если сигнал подавать так, как это делается в классическом ФИ с разделенной нагрузкой ( то есть между первой сеткой и общим ), то тогда коэффициент усиления получается около единицы. Точнее – Кус=мю*R/(R*(2+мю)+R), где R – сопротивление плеча в аноде или катоде, мю – коэффициент усиления лампы.
Почему я снова взял пентод, а не триод. Причин несколько. Во-первых, у пентода есть вторая и третья сетки, которые можно использовать для ООС и для поиска режимов с минимальными искажениями. Во-вторых, опять-таки наличие второй сетки дает дополнительные возможности для симметризации каскада относительно общего провода. И я сделал вот такой вот макет.
d180d0b0d181d0bfd180d0b5d0b4_6d0b68
Чтобы подаваемый на вход сигнал не имел общей земли, был подключен входной транформатор 10К/10к, то есть один к одному. Ламповый каскад в данной схеме имеет очень высокое входное сопротивление и меньшую по сравнению с триодом входную емкость, поэтому в принципе можно ставить трансформатор с повышением.
Третью сетку сначала пробовал подключать к катоду. Странно, но Кг при этом увеличился, и довольно значительно, остальные параметры ощутимо не изменились.
Результаты замеров. Выходной сигнал замерялся дифференциальный между выходами. При подаче на вход 1.36 вольта, на выходе получаем 30 вольт, то есть Ку=22. Максимальный неискаженный сигнал на выходе – 40 вольт. Результаты замера гармоник при 30 Вольт на выходе ( первая принята за ноль ), вторая минус 36дБ, третья минус 55дБ, 4-я и пятая менее минус 60дБ остальных не видно. Налицо прогресс – такое включение привело к значительному снижению Кг, причем явно доминирует вторая гармоника, третья всего лишь 0.2% – а ведь замер сделан на уровне сигнала, близкого к максимальному и без ООС. Вторую гармонику можно снизить, дополнительно сбалансировав ток катода подбором номинала катодного резистора, но из-за того, что ток второй сетки протекает через катодный резистор, совсем устранить ее не представляется возможным. В случае если конденсатор С4 не ставить, вторая гармоника снижается до уровня минус 45 дБ, но снижается и чувствительность – для получения 30 вольт на выходе на вход надо подать 1.95 Вольта.
Полоса пропускания снизу ограничена RC цепочкой на выходе и составляет на уровне минус 1 дБ от 30 Гц до 43 КГц, на уровне минус 3 дБ – от 10Гц до 53 КГц.
Планирую подключить данный ФИ к выходному каскаду на EL34, ООС думаю подавать с выходного трансформатора на вторую или третью сетки 6Ж8. Посмотрим что из этого получится.

*********************************************************************************