Евгений Карпов
В статье приведены результаты исследования характеристик различных типов каскадов, реализованных на комбинированной лампе 6Ф5П. Даны рекомендации по выбору режима работы ее триодной и пентодной части. Приведена и описана схема усилителя на этой лампе.
Введение
Широкое распространение и доступность комбинированных телевизионных ламп типа 6Ф3П и 6Ф5П вызывает у многих любителей ламповой техники желание попытаться их использовать в простых усилителях. В Интернете появился ряд публикаций, посвященных этой теме. Схемы усилителей действительно просты и вполне работоспособны, но некоторое несоответствие между заявленной выходной мощностью и коэффициентом нелинейных искажений меня смутило.
По данным, приведенным Войшвилло [1], реально достижимая величина КПД анодной цепи триода в однотактном каскаде составляет 15-25% (с учетом выходного трансформатора) и в исключительных случаях может составить 35%, но коэффициент гармоник при этом достигает 10-12%. Необходимо учесть, что в триодном включении используется пентод, а для большинства ламп в таком режиме вторая гармоника имеет повышенный уровень. Следовательно, для ламп 6Ф3П, 6Ф5П реальная выходная мощность приблизительно составит 1,5-2 Вт при приемлемом уровне искажений.
Заинтересовавшись этим вопросом, я решил провести собственное расследование. Для экспериментов была выбрана лампа 6Ф5П. Выбор пал на этот тип лампы по следующим причинам – мощность, рассеиваемая анодом пентода, у нее немного больше, микрофонный эффект существенно меньше и, самое главное, под рукой было достаточное количество ламп. Первым делом была тщательно обследована случайная выборка ламп, на базе этих данных созданы модели, а дальше я заставил поработать мой компьютер.
Моделирование
Конечно, основной интерес представлял выходной каскад, вносящий наибольшие искажения. После предварительного расчета были промоделированы разные варианты включения пентодной части лампы.
Моделирование не принесло каких-либо неожиданностей и соответствовало теории.
В пентодном режиме лампа дает довольно высокий уровень искажений и большое число гармоник с превалированием третьей. Использование пентодного включения явно не подходит для высококачественного воспроизведения.
В триодном режиме результаты гораздо более благоприятные. Превалирует вторая гармоника и гармониковый “хвост” гораздо короче. Компромисс между выходной мощностью и искажениями достигается при сопротивлении нагрузки около 4 кОм. В этом случае коэффициент усиления каскада приблизительно равен 5-6. Выходное сопротивление каскада (при идеальном трансформаторе) ~ 1,2 кОм.
Использование катодной обратной связи оказалось наиболее привлекательным. При достаточно глубокой местной обратной связи (порядка 12db) спектр выходного сигнала практически не отличается от спектра в триодном включении, но коэффициент усиления получается больше. Выходные сопротивления каскадов имеют сравнимые значения.
Фактически, пентод преобразуется в триод путем введения местной внешней обратной связи, в триоде же действует внутренняя обратная связь. При внешней схожести результата существуют важные различия: глубину обратной связи можно регулировать, обратная связь охватывает выходной трансформатор, катодная обратная связь линейна (внутренняя обратная связь триода носит нелинейный характер [2]).
Также моделировались и другие, более экзотические варианты, и хотя результаты получились хорошими, в дальнейшем мы не будем их касаться из-за сложностей технической реализации.
Моделирование режимов работы триодной половины лампы показало, что оптимальным вариантом является использование в аноде лампы источника тока. Работа этой лампы при фиксированном токе благоприятствует повышению линейности каскада. По сравнению с каскадом, имеющим резистивную нагрузку, коэффициент гармоник уменьшается более, чем в два раза. Моделирование и измерения на реальных образцах показали, что использование резистора в анодной цепи позволяет получить коэффициент усиления порядка 45-50 и коэффициент гармоник при размахе выходного напряжения 50V~1,3%. Использование источника тока обеспечивает при аналогичных режимах коэффициент усиления около 68 и коэффициент гармоник, близкий к 0,5%.
В спектре выходного сигнала в обоих случаях преобладающей является вторая гармоника, но третья гармоника в каскаде с источником тока гораздо меньше и находится на уровне ~ 0,07%, более высокие нечетные гармоники находятся на уровне шумов усилителя. Спектр выходного сигнала показан на рисунке 1, я привожу результаты моделирования, так как они мало отличаются от результатов, полученных прямым измерением величин гармоник селективным вольтметром, и гораздо нагляднее.