Однотактный УНЧ. Влияние ООС на параметры УНЧ.

Задача: исследовать влияние ООС на КНИ и АЧХ усилителя низкой частоты.

Оборудование:АРМ – СпектраЛАБ, макетная плата с УНЧ фото 1,2; пульт коммутации фото 3,4.

фото 1 фото 2

фото 3 фото 4

Необходимые сокращения:

УНЧ - усилитель низкой частоты,

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика,

КНИ – коэффициент нелинейных искажений,

ИМД – интермодуляционные искажения,

МООС – местная отрицательная обратная связь,

ООС – отрицательная обратная связь,

ОООС – общая отрицательная обратная связь,

ЦОС – цепь обратной связи,

АС – акустическая система,

ТВЗ – трансформатор выходной звуковой,

ФЧХ – фазово-частотная характеристика

ЭРЭ- электрорадиоэлемент.

Немного теории.

Как мы знаем из теории (Теория-это накопленный опыт человечества (в какой либо области), опирающийся на законы природы и описанный формулами.) АЧХ УНЧ ровной не бывает, это в идеале можно предположить, что АЧХ УНЧ ровная линия рис.1 линия 1. На практике же имеем АЧХ с пиками и провалами рис.1 кривая 2, в следствии того что физические законы вступают между собой в противоборство или в резонанс. Задача исследователей максимально выровнять АЧХ (а возможности такие есть) рис.1 кривая 3, приблизив её, таким образом к идеалу рис.1 линия 1.

Рис.1 АЧХ усилителя низкой частоты, 1 идеальная АЧХ усилителя низкой частоты,

2- АЧХ усилителя НЧ без ООС, 3- АЧХ усилителя НЧ с ООС

Одним из способов выровнять АЧХ является, введение в усилитель низкой частоты ООС, кривая 3. Задача ООС выровнять АЧХ от пиков и провалов, поднять по уровню края характеристики, ну и конечно максимально снизить КНИ. Следовательно, АЧХ усилителя низкой частоты без ООС будет иметь вид кривой 2, с полосой пропускания f1-f2. После введения в усилитель ООС, его характеристика примет вид кривой 3, с полосой пропускания f3-f4. Все виды ООС снижают усиление УНЧ, но при этом снижаются КНИ и расширяется полоса пропускания УНЧ. По способу реализации ООС (напомню, положительная обратная связь в УНЧ не применяется, т.к. последний «превращается» в генератор) бывает: МОС и ОООС. МОС охватывает один или два каскада усилителя, почему и называется местной. ОООС охватывает УНЧ в целом. На практике, в УНЧ может применяться одновременно как местная, так и общая ООС.

Теперь рассмотрим виды ООС: параллельная отрицательная обратная связь по напряжению рис.2а, такая ООС снижает входное и выходное сопротивление УНЧ. Последовательная ООС по напряжению рис.2б, увеличивает входное сопротивление и снижает выходное сопротивление усилителя. Далее, параллельная ООС по току рис.2в снижает входное сопротивление усилителя и увеличивает выходное сопротивление. Последовательная ООС потоку рис.2г, увеличивает входное и выходное сопротивление усилителя. Поскольку ламповые УНЧ имеют по выходу ТВЗ, который имеет и так высокое выходное сопротивление, которое плохо влияет на демпфирование АС, следовательно схемы рис.2в и рис.2г рассматриваться не будут. Забегая вперёд скажу, что схема ОООС предложенная Юрием Васильевичем (форум ВТОРАЯ ЖИЗНЬ СТАРОГО РАДИО, тема Делаем ламповый усилитель сами) имеет вид рис.2б. Не заблокированный резистор ООС в цепи катода драйвера несколько увеличивает входное сопротивление усилителя, но для нас это не холодно и не жарко, так как источники сигнала сейчас низкоомные (ДиВиДи, выход компьютера, выход сотового телефона, да вертушка на полупроводниках), то это обстоятельство никак не повлияет на их работу, а вот то, что цепь ООС снижает выходное сопротивление усилителя трудно переоценить, так как дополнительное снижение выходного сопротивления усилителя будет благотворно влиять на акустику.

Рис.2 Структурная схема ООС в усилителях НЧ

В данной работе рассмотрим: работу УНЧ без ООС, и работу УНЧ с ОООС которая будет снижать выходное сопротивление оконечного каскада, тем самым расширяя полосу пропускания и уменьшать КНИ.

Теперь всё сказанное подтвердим (или опровергнем) на практике.

Необходимые требования.

Для испытания возьмём схему однотактного усилителя без ООС, соберём на монтажной плате со всеми требованиями монтажа ламповых усилителей (шасси-сталь 1мм, ТС и ТВЗ максимально далеко друг от друга или ТВЗ под кожухом, снижение фона - от подогревателя - искусственная средняя точка, в фильтре питания обязательно дроссель и максимально короткие выводы ЭРЭ, и соединительных проводов в сигнальных цепях). Затем исследуем тот же УНЧ без ООС, а потом с ОООС. Полученные результаты поместим для наглядности в таблицу и сделаем выводы.

Условия исследования. ТВЗ секционирован (2000-90-200-90-200, первичка- 2400витков, диаметр провода 0,25мм, вторичка- 90витков, диаметр провода 0,56мм, две обмотки параллельно-8 Ом). Лампы ½-6Н1П и 6П3С. Анодное питание 250в, затем 360в. Показания сняты при выходной мощности 4 Вт на нагрузке 8 Ом(для триодного включения КНИ измерены на мощности 1 и 2Вт).

Ток анода 6П3С- 70мА, при анодном питании +250в напряжение смещения на катодном резисторе- 15в.

Ток анода 6П3С- 50мА, при анодном питании +360в напряжение смещения на катодном резисторе- 22в.

Заключение

Для лучшей наглядности и дальнейшего анализа полученные результаты КНИ поместим в таблицу:

Примечание: результаты КНИ в режиме псевдотриода в таблице даны для 1Вт, так как УНЧ не обеспечивает выходную мощность 4Вт.

Проанализируем полученные результаты. Как видно из при питании УНЧ от +250в самый низкий КНИ у УЛ режима(псевдотриод вне конкуренции, т.к. выходная мощность мизерная, всего 2Вт). Далее введём в УНЧ ОООС при том же питании +250в, при таком низком питании в усилителях даже ООС мало что меняет, то есть на 250в ОООС практически не нужна! Теперь отключим ОООС и увеличим анодное питание до 360в, вот здесь произошли значительные изменения, КНИ уменьшился вдвое! Вот так, не меняя схемного решения можно запросто повысить качественные показатели УНЧ. А после введения ОООС в УНЧ коэффициент нелинейных искажений ещё уменьшился, не забываем, что ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя, тем самым расширяя полосу пропускания УНЧ.

Выводы

По окончании проделанной работы и получении результатов, сведённых в таблицу сделаем выводы. Самый низкий КНИ у схемы УЛ режима с питанием +360в, а так любимая аудиофилами схема псевдотриода не имеет таких параметров, а именно при напряжении питания +250в отдаёт в нагрузку только треть мощности(напомню, что 6П3С по паспорту отдаёт в нагрузку 6,5Вт) и только при напряжении питания +360в псевдотриод отдаёт мощность 3Вт при КНИ 5,2%. К недостаткам псевдотриодного режима стоит отнести завал АЧХ от 8кГц, выражаясь простым языком «мало высоких».

УЛ режим лишён этих недостатков: и мощность порядка 7Вт, и АЧХ более ровная, да и КНИ самые низкие.

Я никого не уговариваю делать именно УНЧ с УЛ режимом, но факты вещь упрямая, просто если найдено(в схемном решении) что-то лучшее, глупо было бы это не использовать. Ещё взглянем на АЧХ трёх схем усилителей рис.3 (УНЧ пентод с питанием от драйвера, не рассматриваем, т.к. она мало отличается от пентодного). Видим как спадает АЧХ триодного усилителя(красная линия) на высоких частотах, при хороших НЧ. У пентодного УНЧ наоборот НЧ завалены, но более ровные ВЧ, что повышает прозрачность звучания, без «низов» прозрачность как бы превалирует. А вот в УЛ всё сбалансировано: НЧ от «триода», ВЧ от «пентода», с самым низким КНИ.

Рис.3 АЧХ усилителей с разными режимами работы оконечного каскада

Из-за того работа получилась слишком информационно насыщенной, я не стал рассматривать схемы с МООС, это отсутствие блокировочного конденсатора в цепи катода драйвера и резистор анод-анод каскадов.

P.S. Да-да, совершенно верно, ТВЗ мало секционирован, звуковая карта- слабенькая, но всё таки лучше пользоваться измерительными приборами(пусть плохенькими), чем мерить на слух или на глазок. Предлагаю все выполнить такую работу, что бы убедиться как заблуждаются многие аудиофилы делая псевдотриодные УНЧ.

Владимирджон

ВТОРАЯ ЖИЗНЬ СТАРОГО РАДИО

Май 2014г