Technická specifikace zvukového zesilovače ventilu - Valve audio amplifier technical specification - Wikipedia
 | Tento článek obsahuje seznam obecných Reference, ale zůstává z velké části neověřený, protože postrádá dostatečné odpovídající vložené citace. (Září 2012) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) |
Technické specifikace a podrobné informace o zvukovém zesilovači ventilu, včetně jeho historie vývoje.
Obvody a výkon
Vlastnosti ventilů
Ventily (známé také jako vakuové trubice) jsou velmi vysoké impedance (téměř nekonečné ve většině obvodů) a zařízení s vysokou výstupní impedancí. Jsou to také zařízení vysokého napětí / nízkého proudu.
Vlastnosti ventilů jako zesilovacích zařízení mají přímé důsledky pro jejich použití jako audio zesilovače, zejména to výkonové zesilovače potřebuji výstup transformátory (OPT) k překladu vysokonapěťového nízkonapěťového signálu s vysokým výkonem a impedancí na nízkonapěťový vysokonapěťový signál potřebný k řízení moderních nízkoimpedančních reproduktorů (srov. tranzistory a FET což jsou zařízení s relativně nízkým napětím, ale přímo schopná přenášet velké proudy).
Dalším důsledkem je, že protože výstup jednoho stupně je často posunutý o ~ 100 V od vstupu dalšího stupně, přímé spojení normálně není možné a stupně je nutné spojit pomocí kondenzátoru nebo transformátoru. Kondenzátory mají malý vliv na výkon zesilovačů. Mezistupňová vazba transformátoru je zdrojem zkreslení a fázového posunu a od 40. let 20. století se jí u vysoce kvalitních aplikací zabránilo; transformátory také přidávají náklady, objem a hmotnost.
Základní obvody
Následující obvody jsou pouze zjednodušené koncepční obvody, obvody reálného světa také vyžadují vyhlazené nebo regulované napájení, ohřívač vláken (podrobnosti závisí na tom, zda jsou vybrané typy ventilů přímo nebo nepřímo ohřívány) a katodové odpory jsou často obcházeny, atd.
Stupeň společného zisku katody
Základním stupněm zesílení pro zesilovač ventilu je automaticky předpjatý společný katodový stupeň, ve kterém anodový rezistor, ventil a katodový rezistor tvoří dělič potenciálu přes napájecí kolejnice. Odpor ventilu se mění v závislosti na napětí na mřížce vzhledem k napětí na katodě.
V konfiguraci s automatickým předpětím je „provozní bod“ získán nastavením stejnosměrného potenciálu vstupní sítě při nulových voltech vzhledem k zemi pomocí vysoce hodnotného rezistoru „úniku ze sítě“. Anodový proud je nastaven hodnotou síťového napětí vzhledem ke katodě a toto napětí je nyní závislé na hodnotě odporu zvoleného pro katodovou větev obvodu.
Anodový rezistor působí jako zátěž obvodu a je obvykle řádově 3-4krát vyšší než anodový odpor použitého typu ventilu. Výstupem z obvodu je napětí na křižovatce mezi anodou a anodovým rezistorem. Tento výstup se mění vzhledem ke změnám vstupního napětí a je funkcí zesílení napětí ventilu „mu“ a hodnot zvolených pro různé prvky obvodu.
Téměř všechny obvody předzesilovače zvuku jsou konstruovány pomocí kaskádových společných katodových stupňů.
Signál je obvykle spojen z jeviště do stupně pomocí vazebního kondenzátoru nebo transformátoru, ačkoli v neobvyklých případech se provádí přímé spojení.
Katodový rezistor může nebo nemusí být přemostěn kondenzátorem. Zpětná vazba může být také aplikována na katodový rezistor.
Výkonový zesilovač s jednou koncovkou (SET)
Jednoduchý SOUBOR výkonový zesilovač lze zkonstruovat kaskádovitě ve dvou fázích pomocí výstupního transformátoru jako zátěže.
Diferenciální fáze
Dvě triody s katodami spojené dohromady za vzniku a diferenciální pár. Tato fáze má schopnost zrušit signály běžného režimu (stejné na obou vstupech) a pokud je provozována ve třídě A, má také tu výhodu, že má schopnost do značné míry odmítnout jakékoli variace napájení (protože ovlivňují obě strany diferenciálního stupně stejně), a naopak, celkový proud odebíraný fází je téměř konstantní (pokud jedna strana odebírá více okamžitě, druhá odebírá méně), což má za následek minimální odchylku průhybu přívodní kolejnice a to pravděpodobně také mezistupňové zkreslení.
Dva výkonové ventily (mohou to být triody nebo tetrody), které jsou rozdílně poháněny tak, aby vytvářely push-pull výstupní stupeň, pohánějící zátěž push-pull transformátoru. Tento koncový stupeň mnohem lépe využívá jádro transformátoru než koncový stupeň s jedním koncem.
Dvojice s dlouhým ocasem
A dlouhý ocas je zatížení konstantním proudem (CC) při sdílení sdílené katody diferenciální dvojici. Teoreticky více konstantní proud linearizuje diferenciální stupeň.
CC může být aproximován odporem, který upustí velké napětí, nebo může být generován aktivním obvodem (buď ventilem, tranzistorem nebo FET na základě)
The pár s dlouhým ocasem lze také použít jako a fázový rozdělovač. Často se používá v kytarové zesilovače (kde se označuje jako „fázový střídač“) pro pohon výkonové části.
Rozdělovač fáze harmoniky
Alternativou k páru s dlouhým ocasem je harmonika používá jednu triodu jako proměnný odpor v děliči potenciálu tvořeném Ra a Rk na obou stranách ventilu. Výsledkem je, že napětí na anodě kolísá přesně a opačně než napětí na katodě, což poskytuje dokonale vyvážené fázové rozdělení. Nevýhodou této fáze (srov. diferenciální pár s dlouhým ocasem) je, že nedává žádný zisk. Použití dvojité triody (obvykle osmičkové nebo noval) k vytvoření vstupní vyrovnávací paměti SET (poskytující zisk) k následnému napájení rozdělovače fáze harmoniky je klasický přední konec typu push-pull, obvykle následovaný ovladačem (trioda) a (trioda nebo pentoda) výstupní stupeň (v mnoha případech ultra lineární), aby vytvořil klasický push-pull obvod zesilovače.
Push-pull výkonový zesilovač
The push-pull výstup zobrazený obvod je zjednodušenou variantou Williamsonova topologie, který zahrnuje čtyři fáze:
- vstupní stupeň SET k vyrovnání vstupu a získání určitého napěťového zisku.
- fázový rozdělovač, obvykle katodynového nebo „harmonického“ typu. To generuje přesně stejné, ale opačné řídicí signály pro následující obvody push-pull, ale nedává žádný zisk. Všimněte si, že jak je znázorněno, rozdělovač fází harmoniky topologie Williamson je přímo spojen (s odporem) se vstupním stupněm. To vyžaduje pečlivou konstrukci vstupního stupně, protože jmenovité napětí anody vstupního ventilu bude definovat také pracovní bod harmoniky. Další topologie zahrnují parafázi, plovoucí parafázi a diferenciál (pár s dlouhým ocasem).
- scéna řidiče. To poskytuje další napěťový zisk pro každý signál push-pull a v závislosti na požadavcích koncového stupně může být zvolen typ pro vyšší napětí nebo nižší schopnost pohonu Z.
- Koncový stupeň, kde je zátěž spíše transformátor než anodový rezistor. Původní použitý Williamson KT66 pentody „připoutané triodou“ (fungující jako triody). Většina pozdějších push-pull zesilovačů místo toho použila ultralineární připojení.
Cascode
The cascode (kontrakce fráze kaskáda ke katodě) je dvoustupňový zesilovač složený z a transkonduktance zesilovač následovaný a aktuální vyrovnávací paměť. Ve ventilových obvodech je cascode často konstruován ze dvou triody zapojeny do série, přičemž jedna pracuje jako a společná mřížka a tím působí jako regulátor napětí, poskytující téměř konstantní anodové napětí druhému, který funguje jako společná katoda. To zlepšuje izolaci vstupů a výstupů (nebo zpětný přenos) odstraněním Millerův efekt a tím přispívá k mnohem vyššímu šířka pásma, vyšší vstupní impedance, vysoká výstupní impedance a vyšší získat než jedno-triodový stupeň.
Stupně tetroda / pentoda
Tetroda má a mřížka obrazovky (g2), který je mezi anodou a první mřížkou a normálně slouží jako cascode, aby se eliminoval Millerův efekt, a proto také umožňuje větší šířku pásma a / nebo vyšší zisk než trioda, ale na úkor linearity a šumového výkonu.
A pentoda má další potlačující mřížku (g3) k eliminaci tetrodový zlom. Používá se spíše pro lepší výkon než pro extra zisk a obvykle není přístupný externě. Některé z těchto ventilů používají zarovnané mřížky k minimalizaci proudu mřížky a desek paprsků místo třetí mřížky, tyto jsou známé jako „paprskové tetrody ".
Uvědomilo se (a mnoho pentod bylo speciálně navrženo tak, aby to umožňovalo), že připevněním obrazovek k mřížce / anodě se tetroda / pentoda stala opět triódou, takže tyto ventily pozdní konstrukce byly velmi flexibilní. „Triody připoutané“ tetrody se často používají v moderních konstrukcích zesilovačů, které jsou optimalizovány spíše pro kvalitu než pro výkon.
Ultralineární
V roce 1937 Alan Blumlein vznikla konfigurace mezi „triodou připoutanou“ tetrodou a normální tetrodou, která spojuje další mřížku (obrazovku) tetrody s odbočkou z OPT částečně mezi anodové napětí a napájecí napětí. Tento elektrický kompromis dává zisk a linearitu rovnou nejlepším vlastnostem obou extrémů. V technickém dokumentu z roku 1951 publikovaném David Hafler a Herbert Keroes, zjistili, že když bylo klepnutí obrazovky nastaveno na přibližně 43% anodového napětí, došlo ve výstupním stupni k optimalizovanému stavu, který označovali jako ultra-lineární. Na konci 50. let se tento design stal dominantní konfigurací pro vysoce věrné PP zesilovače.
Výstup bez transformátoru
Julius Futterman propagoval typ zesilovače známý jako „bez transformátoru "(OTL). Používají paralelní ventily, aby odpovídaly impedancím reproduktorů (obvykle 8 ohmů). Tato konstrukce vyžaduje mnoho ventilů, jsou horké a protože se pokoušejí přizpůsobit impedance způsobem zásadně odlišným od transformátoru[Citace je zapotřebí ], často mají jedinečnou kvalitu zvuku.[Citace je zapotřebí ] 6080 triod, určených pro regulované napájecí zdroje, byly typy s nízkou impedancí, které se někdy používaly bez použití transformátorů.
Výkonové zesilovače s jednou triodou (SET)
Nějaký zesilovače ventilů použijte jednostranná trioda Topologie (SET), která využívá zesilovací zařízení ve třídě A. Sady jsou extrémně jednoduché a mají nízký počet dílů. Takové zesilovače jsou drahé kvůli požadovaným výstupním transformátorům.
Výsledkem tohoto typu návrhu je extrémně jednoduché zkreslení spektra obsahující monotónně se rozpadající řadu harmonických. Někteří považují tuto charakteristiku zkreslení za faktor přitažlivosti zvuku, který tyto designy produkují. Ve srovnání s moderním designem přijímají sady minimalistický přístup a často mají jen dva stupně, jednostupňový triodový napěťový zesilovač následovaný triodovým výkonovým stupněm. Používají se však varianty využívající nějakou formu aktivního zdroje proudu nebo zátěže, které se nepovažují za fázi zesílení.
Typický ventil využívající tuto topologii v (vzácné) současné komerční výrobě je 300B, který poskytuje v režimu SE asi 5 wattů. Vzácné zesilovače tohoto typu používají ventily jako 211 nebo 845, schopný asi 18 wattů. Tyto ventily jsou ventily přenášející jasný emitor a mají thoriated wolframová vlákna, která při napájení svítí jako žárovky.
Podívejte se níže na odstavce týkající se vysoce výkonných komerčně dostupných zesilovačů SET nabízejících bez problémů až 40 wattů, sledujících vývoj výstupních transformátorů k překonání výše uvedených omezení.
Na obrázcích níže je komerční zesilovač SET a také prototyp amatérského zesilovače.
Komerční zesilovač SE
Prototyp fandy konstruovaný zesilovač SET
Jedním z důvodů, proč jsou sady (obvykle) omezeny na nízký výkon, je extrémní obtížnost (a následné náklady) výroby výstupního transformátoru, který dokáže zpracovat deskový proud bez nasycení, přičemž se vyhýbá příliš velkým kapacitním parazitům.
Push-pull (PP) / diferenciální výkonové zesilovače
Použití diferenciálních („push-pull“) výstupních stupňů ruší stálý zkreslený proud odebíraný výstupním transformátorem každým z výstupních ventilů samostatně, čímž se výrazně snižuje problém sytost jádra a tím usnadňuje konstrukci výkonnějších zesilovačů současně s použitím menší, širší šířky pásma a levnějších transformátorů.
Zrušení diferenciálních výstupních ventilů také do značné míry ruší (dominantní) produkty harmonického zkreslení sudého řádu koncového stupně, což má za následek méně THD, i když nyní dominují harmonické lichého řádu a již nejsou monotónní.
V ideálním případě je zrušení zkreslení sudého řádu perfektní, ale ve skutečném světě tomu tak není, dokonce ani při těsně sladěných ventilech. PP OPT mají obvykle mezeru, aby se zabránilo saturaci, i když je menší, než vyžaduje obvod s jedním koncem.
Od 50. let byla drtivá většina vysoce kvalitních ventilových zesilovačů a téměř všechny ventilové zesilovače s vyšším výkonem typu push-pull.
Výstup push-pull stupně mohou používat triody pro nejnižší Zven a nejlepší linearita, ale často používají tetrody nebo pentody, které dávají větší zisk a sílu. Mnoho výstupních ventilů, jako jsou KT88, EL34 a EL84, bylo speciálně navrženo pro provoz v triodovém nebo tetrodovém režimu a některé zesilovače lze mezi těmito režimy přepínat. Post-Williamsonova většina komerčních zesilovačů používá tetrody v „ultralineární“ konfiguraci.
Třída A
Stupně PP s čistou triodou PP jsou dostatečně lineární, aby je bylo možné provozovat bez zpětné vazby, i když skromné NFB pro snížení zkreslení, snížení Zvena může být žádoucí získat kontrolu. Jejich energetická účinnost je však mnohem menší než u třídy AB (a samozřejmě u třídy B); pro stejný rozptyl anody je k dispozici výrazně menší výstupní výkon.
PP vzory třídy A nemají č zkřížené zkreslení a zkreslení se stává zanedbatelným, jak se snižuje amplituda signálu. Důsledkem toho je, že zesilovače třídy A fungují extrémně dobře s hudbou, která má nízkou průměrnou úroveň (se zanedbatelným zkreslením) s okamžitými špičkami.
Nevýhodou provozu třídy A pro výkonové ventily je zkrácená životnost, protože ventily jsou vždy plně „zapnuté“ a po celou dobu rozptylují maximální výkon. Tímto způsobem nejsou ovlivněny ventily zesilovače signálu, které nepracují při vysokém výkonu.
Regulace napájecího zdroje (změna napětí dostupná při odebíraném proudu) není problém, protože průměrný proud je v podstatě konstantní; Zesilovače AB, které odebírají proud v závislosti na úrovni signálu, vyžadují pozornost regulace napájení.
Třída AB a B
Zesilovače třídy B a AB jsou účinnější než třídy A a mohou poskytovat vyšší úrovně výstupního výkonu z daného napájecího zdroje a sady ventilů.
Cena za to však je, že trpí zkříženým zkreslením, víceméně konstantní amplitudy bez ohledu na amplitudu signálu. To znamená, že zesilovače třídy AB a B produkují nejnižší procento zkreslení při téměř maximální amplitudě a horší výkon zkreslení při nízkých úrovních. Jak se obvod mění z čisté třídy A, přes AB1 a AB2, na B, zkreslení výhybky v otevřené smyčce se zhoršuje.
Zesilovače třídy AB a B používají NFB ke snížení zkreslení v otevřené smyčce. Měřená spektra zkreslení z těchto zesilovačů[Citace je zapotřebí ] ukazují, že procento zkreslení je dramaticky sníženo NFB, ale zbytkové zkreslení je posunuto směrem k vyšším harmonickým.
V push-pull zesilovači třídy B se výstupní proud ventilu, který musí být zajištěn napájecím zdrojem, pohybuje od téměř nuly pro nulový signál až po maximum při maximálním signálu. Pro lineární odezvu na přechodné změny signálu tedy musí mít napájecí zdroj dobrou regulaci.
V režimu s jedním zakončením lze použít pouze třídu A. Jinak by se část signálu odřízla. Stupeň budiče pro zesilovače ventilů třídy AB2 a B musí být schopen dodávat určitý proud signálu do mřížek výkonových ventilů („hnací síla“).
Předpětí
Předpětí výstupního stupně push-pull lze upravit (ve fázi návrhu, obvykle ne v hotovém zesilovači) mezi třídou A (poskytující nejlepší linearitu otevřené smyčky) prostřednictvím tříd AB1 a AB2, do třídy B (poskytující největší výkon a účinnost daného zdroje napájení, výstupních ventilů a výstupního transformátoru).
Většina komerčních ventilových zesilovačů pracuje ve třídě AB1 (typicky pentody v ultralineární konfiguraci) a obchoduje s otevřenou smyčkou s linearitou proti vyššímu výkonu; některé běží v čisté třídě A.
Topologie obvodu
Typická topologie pro PP zesilovač má vstupní stupeň, a fáze rozdělovač, budič a výstupní stupeň, ačkoli existuje mnoho variant vstupního stupně / fázového rozdělovače a někdy jsou dvě z uvedených funkcí kombinovány v jednom ventilovém stupni. Dnes jsou dominantní topologie rozdělovače fází harmonika, plovoucí parafáze a některé variace pár s dlouhým ocasem.
V galerii je uveden moderní, plně diferenciální, čistě zesilovač třídy A s výstupním výkonem přibližně 15 W bez negativní zpětné vazby, využívající duální triody 6SN7 s nízkým výkonem a výkonové tetrody KT88.
Výstupní transformátory
Z důvodu jejich neschopnosti přímo řídit zátěž s nízkou impedancí musí zvukové zesilovače ventilů využívat výstup transformátory snížit impedanci tak, aby odpovídala reproduktorům.
Výstupní transformátory nejsou dokonalá zařízení a do výstupního signálu vždy zavedou nějaké liché harmonické zkreslení a změnu amplitudy s frekvencí. Transformátory navíc zavádějí frekvenčně závislé fázové posuny, které omezují celkovou negativní zpětnou vazbu, kterou lze použít, aby se udržovaly v rámci Nyquistových kritérií stability při vysokých frekvencích a zabránilo se oscilacím. V posledních letech však vývoj vylepšených návrhů transformátorů a navíjecích technik tyto nežádoucí účinky v požadovaném pásmu výrazně snižuje a posouvá je dále na okraj.
Negativní zpětná vazba (NFB)
Po svém vynálezu by Harold Stephen Black „negativní zpětná vazba (NFB) byla téměř univerzálně přijata v zesilovačích všech typů, aby se podstatně snížilo zkreslení, zploštila frekvenční odezva a snížil účinek variací komponent. To je zvláště nutné u zesilovačů třídy A.
Zpětná vazba velmi snižuje procento zkreslení, ale spektrum zkreslení se stává složitějším s mnohem vyšším příspěvkem vyšších harmonických;[1] vysoké harmonické, pokud jsou na slyšitelné úrovni, jsou mnohem nežádoucí než nižší,[1] takže zlepšení v důsledku nižšího celkového zkreslení je částečně zrušeno svou povahou. Uvádí se, že za určitých okolností může absolutní amplituda vyšších harmonických stoupat se zpětnou vazbou, i když celkové zkreslení klesá.[1]
NFB snižuje výstupní impedanci (Zven) (který se může v závislosti na frekvenci v některých obvodech lišit). To má dva důležité důsledky:
- Reproduktory, které mají impedanční versus frekvenční funkce, které se podstatně odchylují od plochých, budou při použití s vysokým Z vyvíjet v podstatě jiné než ploché frekvenční odezvy.ven zesilovače.
Hluk ventilu a šumový údaj
Jako každé zesilovací zařízení, ventily přidávají šum do signálu, který má být zesílen. Hluk je způsoben nedokonalostmi zařízení a nevyhnutelnými teplotními výkyvy v závislosti na teplotě (u systémů se obvykle předpokládá, že mají pokojovou teplotu, T = 295 K). Tepelné výkyvy způsobují sílu elektrického šumu , kde je Boltzmannova konstanta a B šířku pásma. Odpovídajícím způsobem napěťový šum odporu R do otevřeného obvodu je a aktuální šum na zkrat je .
Šumový údaj je definován jako poměr šumového výkonu na výstupu zesilovače k šumovému výkonu, který by byl na výstupu, pokud by byl zesilovač bezhlučný (kvůli zesílení tepelného šumu zdroje signálu). Ekvivalentní definice je: šumový údaj je faktor, kterým vložení zesilovače degraduje poměr signálu k šumu. Často se vyjadřuje v decibelech (dB). Zesilovač s hodnotou šumu 0 dB by byl perfektní.
Hlukové vlastnosti ventilů na zvukových frekvencích lze dobře modelovat dokonalým bezhlučným ventilem, který má zdroj napěťového šumu v sérii s mřížkou. Například u nízkošumového zvukového pentodového ventilu EF86 je tento napěťový šum specifikován (viz např. Datové listy Valvo, Telefunken nebo Philips) jako 2 mikrovolty integrované ve frekvenčním rozsahu přibližně 25 Hz až 10 kHz. (To se týká integrovaného šumu, frekvenční závislost spektrální hustoty šumu viz níže.) To se rovná napěťovému šumu rezistoru 25 kΩ. Pokud má tedy zdroj signálu impedanci 25 kΩ nebo více, je hluk ventilu ve skutečnosti menší než šum zdroje. Pro zdroj 25 kΩ je šum generovaný ventilem a zdrojem stejný, takže celkový výkon šumu na výstupu zesilovače je druhá odmocnina dvojnásobku výkonu šumu na výstupu dokonalého zesilovače. Není to jen dvojnásobek, protože zdroje hluku jsou náhodné a v kombinovaném šumu dochází k částečnému zrušení. Šumová hodnota je pak 1,414 nebo 1,5 dB. U vyšších impedancí, například 250 kΩ, je napěťový šum EF86 1/101/2 nižší než vlastní šum zdrojů a hodnota šumu je ~ 1 dB. U zdroje s nízkou impedancí 250 Ω je naproti tomu příspěvek šumu ventilu 10krát větší než zdroj signálu a hodnota šumu je přibližně deset nebo 10 dB.
Pro získání nízkošumového čísla lze transformátorem zvýšit impedanci zdroje. To je nakonec omezeno vstupní kapacitou ventilu, která stanoví limit, jak vysoká může být impedance signálu, pokud je požadována určitá šířka pásma.
Hustota napětí hluku daného ventilu je funkcí frekvence. Při frekvencích nad 10 kHz nebo v takovém je v zásadě konstantní („bílý šum“). Bílý šum je často vyjádřen ekvivalentním šumovým odporem, který je definován jako odpor, který vytváří stejný napěťový šum, jaký je přítomen na vstupu ventilu. U triod je to přibližně (2-3) /Gm, kde Gm je transkonduktivita. U pentod je vyšší, asi (5-7) /Gm. Ventily s vysokým Gm proto mají tendenci mít nižší šum při vysokých frekvencích.
V audiofrekvenčním rozsahu (pod 1–100 kHz) „1 /F"hluk se stává dominantním, který stoupá jako 1 /F. Proto ventily s nízkým šumem při vysoké frekvenci nemusí nutně mít nízký šum ve frekvenčním rozsahu zvuku. U speciálních nízkošumových zvukových ventilů je frekvence, při které 1 /F hluk přebírá je co nejvíce omezen, možná na něco jako kilohertz. To lze snížit výběrem velmi čistých materiálů pro katodový nikl a spuštěním ventilu na optimalizovaném (obecně nízkém) proudu anody.
Mikrofonie
Na rozdíl od polovodičových zařízení jsou ventily sestavy mechanických částí, jejichž uspořádání určuje jejich fungování a které nemohou být zcela tuhé. Pokud je ventil zablokován, a to buď pohybujícím se zařízením, nebo akustickými vibracemi z reproduktorů nebo jiného zdroje zvuku, bude vydávat výstupní signál, jako by to byl nějaký druh mikrofon (efekt se následně nazývá mikrofonie ). Do jisté míry tomu podléhají všechny ventily; nízkoúrovňové napěťové zesilovací ventily pro zvuk jsou navrženy tak, aby byly vůči tomuto jevu odolné, s extra vnitřními podpěrami. The EF86 zmíněný v kontextu šumu je také navržen pro nízkou mikrofonii, ačkoli jeho vysoký zisk ho činí obzvláště citlivým.
Moderní audiofilní hi-fi zesílení
Pro špičkový zvuk, kde cena není primárním hlediskem, ventilové zesilovače zůstaly populární a během 90. let se skutečně znovu komerčně obnovily.
Obvody navržené od té doby ve většině případů zůstávají podobné obvodům od věku ventilů, ale těží z pokroku v kvalitě pomocných komponent (včetně kondenzátorů) a také z obecného pokroku v elektronickém průmyslu, který poskytuje konstruktérům stále silnější pohled na provoz obvodů. Polovodičové napájecí zdroje jsou kompaktnější, účinnější a mohou mít velmi dobrou regulaci.
Polovodičové výkonové zesilovače nemají přísná omezení výstupního výkonu vynucená termionickými zařízeními; odpovídajícím způsobem se konstrukce reproduktoru vyvinula ve směru menších. pohodlnější, reproduktory, obchodování off energetická účinnost pro malé velikosti, což dává reproduktorům podobné kvality, ale menší velikosti, které vyžadují mnohem větší výkon pro stejnou hlasitost než dosud. V reakci na to je mnoho moderních zesilovačů ventilů push-pull výkonnějších než dřívější konstrukce, což odráží potřebu řídit neúčinné reproduktory.
Moderní ventilové předzesilovače
Když byly standardem ventilové zesilovače, uživatelsky nastavitelné „ovládání tónu“ (jednoduchý dvoupásmový ne-grafický) ekvalizér ) a elektronické filtry byly použity k tomu, aby umožnily posluchači změnit frekvenční odezvu podle vkusu a akustiky místnosti; to se stalo neobvyklým. Některá moderní zařízení používají grafické ekvalizéry, ale předzesilovače ventilů nemají tendenci tato zařízení dodávat (kromě RIAA a podobné vyrovnání potřebné pro vinylové a šelakové disky).
Moderní zdroje signálu, na rozdíl od vinylových disků, dodávají úroveň řádku signály bez nutnosti ekvalizace. Je běžné řídit výkonové zesilovače ventilů přímo z takového zdroje pomocí pasivního přepínání hlasitosti a vstupního zdroje integrovaného do zesilovače nebo s minimalistickým „zesilovačem“, který je o něco více než pasivní objem a přepínání, plus stupeň vyrovnávacího zesilovače řídit propojení.
Existuje však malá poptávka po ventilových předzesilovačích a filtračních obvodech pro studiové mikrofonní zesilovače, vyrovnávacích předzesilovačích pro vinylové disky a výjimečně po aktivních výhybkách.
Moderní ventilové výkonové zesilovače
Komerční triodové zesilovače s jedním koncem
Když byly normou zesilovače ventilů, SETy víceméně zmizely ze západních produktů, s výjimkou návrhů s nízkým výkonem (až 5 W), s nepřímo vyhřívanými triodami push-pull nebo ventily připojenými k triodám, jako jsou EL84 stát se normou.
Dálný východ však nikdy neopustil ventily, zejména okruh SET; extrémní zájem o všechny věci audiofilů v Japonsku a dalších zemích Dálného východu trval na velkém zájmu o tento přístup.
- Jedním z klíčových spojení mezi tímto východním postojem k SET a západem byl Jean Hiraga, dlouholetý redaktor audiofil ve Francii (a ve francouzštině).[2]
- Velmi extrémním příkladem téměř „zenového“ nebo „poetického“ přístupu k návrhu zesilovače na Dálném východě - velmi odlišného od západního inženýrského přístupu - je práce Susumu Sakuma,[3] ačkoli návrhy Sakumy jsou daleko od hlavního proudu
Od 90. let se na západě opět rozvinul mezera na trhu s nízkoenergetickým komerčním zesilovačem SET (až 7 wattů), zejména s využitím ventilu 300B v posledních letech, který se stal módním a nákladným. Vyrábí se také zesilovače s nízkým výkonem založené na jiných historických typech ventilů, jako jsou 2A3 a 45.
Ještě zřídka se vyšší výkonové sety vyrábějí komerčně, obvykle za použití vysílacích ventilů 211 nebo 845, které jsou schopné dodávat 20 wattů při 1000 V. Pozoruhodné zesilovače v této třídě jsou zesilovače od společnosti Audio Note corporation (navržené v Japonsku), včetně „Ongaku“, zvoleného zesilovače roku na konci 90. let. Velmi malé množství ručně vyráběných produktů této třídy se prodává za velmi vysoké ceny (od 10 000 USD). Wavac 833 může být nejdražším hi-fi zesilovačem na světě, s výkonem kolem 150 W 833A ventil.
Kromě tohoto Wavacu a několika dalších vysoce výkonných SETů je třeba zesilovače SET pečlivě spárovat s velmi účinnými reproduktory, zejména s klaksony a kryty přenosových linek a širokopásmovými ovladači, jako jsou ty, které vyrábí Klipsch a Lowther, které mají vždy své vlastní zvláštnosti, což kompenzuje jejich výhody velmi vysoké účinnosti a minimalismu.
Některé společnosti, například čínská společnost “Ming Da „vytvářejte SETY s nízkým výkonem pomocí ventilů jiných než 300B, jako je KT90 (vývoj KT88) a až po výkonnější sestru 845, 805ASE, s výstupním výkonem 40 wattů v celém rozsahu zvuku od 20 Hz To umožňuje konstrukce výstupního transformátoru, který nenasycuje na vysoké úrovni a má vysokou účinnost.
Komerční push-pull (PP) zesilovače
Tradiční moderní reproduktory poskytují dobrou kvalitu zvuku v kompaktních rozměrech, ale jsou mnohem méně energeticky účinné než starší konstrukce a pro jejich napájení vyžadují výkonné zesilovače. To je činí nevhodnými pro použití s ventilovými zesilovači, zejména s jednopólovým designem s nižším výkonem. Konstrukce hi-fi zesilovačů ventilů se od 70. let musely přesunout hlavně do obvodů třídy push-pull (PP) třídy AB1. Tetrody a pentody, někdy v ultra-lineární konfiguraci, s významnou negativní zpětnou vazbou, jsou obvyklou konfigurací.
Některé push-pull zesilovače třídy A se vyrábějí komerčně. Některé zesilovače lze přepínat mezi třídami A a AB; některé lze přepnout do triodového režimu.
Mezi hlavní výrobce na trhu s PP ventily patří:
Konstrukce zesilovače pro fandy
Jednoduchost ventilových zesilovačů, zejména provedení s jedním koncem, je činí životaschopnými pro domácí konstrukci. To má několik výhod:
- Umět používat vysoce ceněné ventily vyrobené před mnoha lety a jsou k dispozici pouze v jednotkách a dvojicích;
- Domácí konstruktor může experimentovat s různými typy komponent nebo s různými vzorky komponenty.
Konstrukce
Ruční zapojení typu point-to-point má tendenci být používáno spíše než desky plošných spojů v maloobjemových high-end komerčních konstrukcích a také pro fandy. Tento konstrukční styl je uspokojivý kvůli snadné konstrukci, přizpůsobené počtu fyzicky velkých součástí namontovaných na podvozku (zásuvky ventilů, velké napájecí kondenzátory, transformátory), potřebě zkroucení kabeláže topení, aby se minimalizovalo hučení, a jako vedlejší účinek, který těží z skutečnost, že „létající“ zapojení minimalizuje kapacitní účinky.
Jeden obrázek níže ukazuje obvod konstruovaný pomocí „standardních“ moderních průmyslových dílů (kondenzátory 630 V MKP / kovové filmové rezistory). Jednou výhodou, kterou má fanda oproti komerčnímu výrobci, je schopnost používat kvalitnější díly, které nejsou spolehlivě dostupné v objemech výroby (nebo za komerčně přijatelnou cenu). Například „stříbrný top getter“ Sylvania brown base 6SN7s používaný v externím obrázku pochází z šedesátých let.
Další obrázek ukazuje přesně stejný obvod konstruovaný pomocí ruských vojenských výrobních teflonových kondenzátorů a neindukčních planárních rezistorů, stejných hodnot.
Pro srovnání je také ukázáno zapojení komerčního zesilovače
Vnější pohled
Schematické
Vnitřnosti používající běžné díly v průmyslové kvalitě.
Vnitřnosti používající teflonové čepičky a planární rezistory se zvýšenou specifikací.
Vnitřní konstrukce komerčního PP zesilovače
Neobvyklé vzory
SADY s velmi vysokým výkonem
Velmi příležitostně jsou velmi výkonné ventily (obvykle navržené pro použití v rádiových vysílačích) z doby před desítkami let natlačeny do provozu k vytvoření jednorázových návrhů SET (obvykle za velmi vysoké náklady). Mezi příklady patří ventily 211 a 833.
Hlavním problémem těchto návrhů je vytváření výstupu transformátory schopný udržovat deskový proud a výslednou hustotu toku bez nasycení jádra v celém audiofrekvenčním spektru. Tento problém se zvyšuje s úrovní výkonu.
Dalším problémem je, že napětí těchto zesilovačů často překračuje výrazně více než 1 kV, což vytváří účinnou demotivaci komerčních produktů tohoto typu.
Paralelní push-pull (PPP) zesilovače
Many modern commercial amplifiers (and some hobbyist constructions) place multiple pairs of output valves of readily obtainable types in parallel to increase power, operating from the same voltage required by a single pair. A beneficial side effect is that the output impedance of the valves, and thus the transformer turns ratio needed, is reduced, making it easier to construct a wide bandwidth transformer.
Some high-power commercial amplifiers use arrays of standard valves (e.g. EL34, KT88) in the parallel push–pull (PPP) configuration (e.g. Jadis, Audio Research, McIntosh, Ampeg SVT).
Some home-constructed amplifiers use pairs of high-power transmitting valves (e.g. 813) to yield 100 watts or more of output power per pair in class AB1 (ultra-linear).
Output transformerless amplifiers (OTL)
The output transformer (OPT) is a major component in all mainstream valve power amplifiers, accounting for significant cost, size, and weight. It is a compromise, balancing the needs for low stray capacitance, low losses in iron and copper, operation without saturation at the required direct current, good linearity, etc.
One approach to avoid the problems of OPTs is to avoid the OPT entirely, and directly couple the amplifier to the loudspeaker, as is done with most solid-state amplifiers. Some designs without output transformers (OTLs) were produced by Julius Futterman in the 1960s and '70s, and more recently in different embodiments by others.
Valves normally match much higher impedances than that of a loudspeaker. Low-impedance valve types and purpose-designed circuits are required. Reasonable efficiency and moderate Zven (damping factor) can be achieved.
These effects mean that OTLs have selective speaker load requirements, just like any other amplifier. Generally a speaker of at least 8 ohms is required, although larger OTLs are often quite comfortable with 4 ohm loads. Electrostatic speakers (often considered difficult to drive) often work especially well with OTLs.
The more recent and more successful OTL circuits employ an output circuit generally known as a Circlotron. The Circlotron has about one-half the output impedance of the Futterman-style (totem-pole) circuits. The Circlotron is fully symmetrical and does not require large amounts of feedback to reduce output impedance and distortion. Successful embodiments use the 6AS7G and the Russian 6C33-CB power triodes.
A common myth is that a short-circuit in an output valve may result in the loudspeaker being connected directly across the power supply and destroyed. In practice, the older Futterman-style amplifiers have been known to damage speakers, due not to shorts but to oscillation. The Circlotron amplifiers often feature direct-coupled outputs, but proper engineering (with a few well-placed fuses) ensures that damage to a speaker is no more likely than with an output transformer.
Modern OTLs are often more reliable, sound better, and are less expensive than many transformer-coupled valve approaches.
Direct coupled amplifiers for electrostatics and headphones
In a sense this niche is a subset of OTLs however it merits treating separately because unlike an OTL for a loudspeaker, which has to push the extremes of a valve circuit's ability to deliver relatively high currents at low voltages into a low impedance load, some headphone types have impedances high enough for normal valve types to drive reasonably as OTLs, and in particular electrostatic loudspeakers and headphones which can be driven directly at hundreds of volts but minimal currents.
Once more there are some safety issues associated with direct drive for electrostatic loudspeakers, which in extremis may use transmitting valves operating at over 1 kV. Such systems are potentially lethal.
Viz také
Poznámky
- ^ A b C Stereophile: Negative feedback doesn't always decrease amplifier distortion!
- ^ Olson, Lynn (2005). Travels to Europe and the Triode Festival (Part 3)
- ^ Susumu Sakuma. Explore the Wonders of DIRECT HEATING
Reference
- Colloms, Martin. A Future Without Feedback? v Stereofil, January, 1998
- Glass Audio. A long-running journal devoted to valve amplifier construction, published by Audio Amateur Corporation, Peterborough, New Hampshire
- Jones, Morgan. Valve Amplifiers, Third Edition, 2003. ISBN 0-7506-5694-8
- Kavsek, Paul G. Röhrenverstärker: Klang und Form. Vienna: Allegro Verlag, 1995. ISBN 3-901462-00-7
- Langford-Smith, F. Příručka pro návrháře Radiotron. 4th edition 1952, Wireless Press, (first edition was published in 1934). Přetištěno jako Radio Designer's Handbook Newnes 1999, ISBN 0-7506-3635-1
- Tube Lovers Anonymous. 6C33C-B OTL Amplifier - Background and OTL Circuits