ECL82, особенности применения в усилителях.

grat · 2026-10-28T20:01:08Z

Перевод ии, исправляйте

Двухтактный усилитель на лампе ECL 82

В. Ашерманн и Ф. Майер. Сообщение из лаборатории прикладных разработок компании Valvo GmbH

За исключением аппаратов высшего класса с очень большой выходной мощностью, в радиоприемниках, работающих от сети переменного тока, используются преимущественно два типа выходных ламп — EL 95 и EL 84. При рабочем напряжении 250 В они позволяют получить следующие значения выходной мощности звуковой частоты: 3 Вт (EL 95 в однотактном каскаде), 5,7 Вт (EL 84 в однотактном каскаде), 7 Вт (EL 95 в двухтактном каскаде класса AB) и 11 Вт (EL 84 в двухтактном каскаде класса AB). Однако при переходе от однотактной схемы к двухтактной требуется не только вторая выходная лампа, но и дополнительный триод для инвертирования фазы. В связи с этим было бы целесообразно использовать комбинированную лампу, содержащую в одном баллоне триод и выходной пентод. Тем не менее, до настоящего времени преемник лампы ECL 11 разработан не был. Лампа ECL 113 в данном обзоре не рассматривается ввиду ее малой выходной мощности.

Следующим подходящим типом лампы является PCL 82 — телевизионная лампа, аналогичная ECL 82, но рассчитанная на напряжение накала 6,3 В. Поскольку пентодная часть этой лампы разрабатывалась преимущественно для работы в импульсном режиме, она обладает высоким пиковым током анода, однако допускает лишь небольшую мощность рассеяния на аноде. В связи с тем, что данная лампа предназначена для использования в телевизионных приемниках с бестрансформаторным питанием, ее технические характеристики приводятся для максимального рабочего напряжения 200 В. В то же время для обычных радиоприемников, исходя из условий оптимального проектирования предварительных каскадов, требуется напряжение не менее 250 В. Поскольку гашение избыточного напряжения для выходного каскада на резисторе нерационально, необходимо подобрать такой режим работы выходной лампы, который соответствовал бы повышенному напряжению питания. При этом, из-за ограниченной мощности рассеяния на аноде, ток покоя анода получается очень малым.

Семейство характеристик пентодной части лампы ECL 82 при напряжении на экранирующей сетке 250 В представлено на рис. 1. Ток покоя анода, исходя из допустимой рассеиваемой мощности, составляет 28 мА; при этом рабочая точка A соответствует напряжению на управляющей сетке около –23 В. Чтобы максимально использовать диапазон изменения тока лампы, рабочая нагрузочная прямая должна проходить через «колено» характеристики, соответствующей напряжению на управляющей сетке Ug - 0 В. На рис. 1 нанесена такая нагрузочная прямая. Для данной лампы она соответствует сопротивлению 750 Ом; однако, учитывая малый ток покоя — что позволяет рассматривать режим работы как близкий к классу B, — это соответствует полному сопротивлению (импедансу) первичной обмотки выходного трансформатора Raa - 3 кОм.

Нанесенная на график рабочая характеристика глубоко заходит в область, лежащую за пределами гиперболы, соответствующей мощности рассеяния на аноде 7 Вт. Такой режим работы допустим при условии, что разность между потребляемой мощностью постоянного тока и отдаваемой полезной мощностью не превышает допустимую мощность рассеяния. На это следует обратить особое внимание в тех случаях, когда подключение дополнительных громкоговорителей приводит к изменению согласования, а следовательно, и к изменению выходной мощности.

Сначала была опробована схема с автоматическим созданием смещения посредством катодного резистора. Однако из-за значительного роста средних значений постоянного тока экранной сетки и анода при подаче сигнала рабочая точка смещается за пределы режима B — в область режима C, вследствие чего искажения выходного напряжения очень быстро возрастают. Поэтому для практического применения такая схема не подходит. Логичным решением для предотвращения смещения рабочей точки является использование фиксированного смещения, то есть переход к режиму B. В этом случае неискаженная выходная мощность существенно возрастает, достигая примерно 14 Вт (сплошная кривая на рис. 2). Однако использовать эту мощность можно лишь примерно до 9 Вт, поскольку в противном случае будет превышено допустимое значение мощности, рассеиваемой на экранирующей сетке Ng2, которое действует при модуляции речевым или музыкальным сигналом. Теоретически можно было бы ограничить номинальную выходную мощность уровнем 9 Вт, а оставшиеся 5 Вт оставить в качестве резерва для кратковременных пиковых нагрузок. Однако, поскольку в обычных радиоприемниках отсутствуют как индикаторы уровня сигнала, так и системы жесткого ограничения, существует слишком высокий риск перегрузки выходных ламп, которую пользователь может просто не заметить. По этой причине такой режим работы также не рекомендуется для практического применения.

При увеличении сопротивления нагрузки — как это показано, например, на рис. 1 для Raa - 9 кОм — следует ожидать снижения мощности, рассеиваемой на экранной сетке. Это объясняется тем, что значительные искажения возникают еще до того, как в процессе управления напряжение на управляющей сетке достигнет низких (отрицательных) значений, при которых токи экранной сетки становятся высокими. Поскольку ток покоя в данном случае уже нельзя считать пренебрежимо малым по сравнению с пиковым током при полной раскачке, характеристику можно представить состоящей из двух участков: участка, соответствующего сопротивлению 4,5 кОм (при малых уровнях сигнала, когда работают обе лампы), и участка, соответствующего 2,25 кОм (при пиковых уровнях сигнала, когда одна из ламп закрыта). В такой ситуации требуемое переменное входное напряжение уменьшается, лампа больше не доводится до режима появления сеточных токов, и, следовательно, средний ток экранной сетки должен снизиться.

Соответствующая кривая на рис. 2, напротив, показывает, что предел рассеиваемой на экранной сетке мощности достигается при той же выходной мощности, что и в случае с нагрузочным сопротивлением Raa = 3 кОм. Причина этого заключается в том, что минимальные значения анодного напряжения становятся меньше и, следовательно, еще глубже заходят в область, где управление током переходит к экранной сетке. Сравнение двух кривых на рис. 2 также показывает, что при нагрузке 9 кОм и фиксированном напряжении смещения искажения оказываются выше. Таким образом, лампа была бы малопригодна для работы при более высоких напряжениях питания, если бы не эффект компенсации, способствующий снижению искажений. На рис. 3 представлены две анодно-сеточные характеристики Ia–Ug выходных ламп двухтактного каскада, которые при выбранной рабочей точке образуют общую нагрузочную характеристику. При этом обе кривые плавно, без излома, переходят одна в другую в средней части; лишь на краях, при больших токах одной из ламп, характеристика приобретает S-образный изгиб. Это приводит к искажениям кривых, показанным рядом; такие искажения обусловлены, в первую очередь, появлением третьей гармоники. Если вследствие изменения рабочей точки обе отдельные характеристики смещаются в сторону отрицательного напряжения смещения на сетке так, что в средней части суммарной характеристики возникает излом, то на синусоидальной кривой (также показанной рядом) в точке перехода через ноль появляется характерный излом, который, в свою очередь, также приводит к возникновению третьей гармоники. Поскольку обе составляющие находятся в противофазе, при соответствующем выборе параметров схемы можно добиться полной компенсации третьей гармоники для определенного уровня сигнала. Разумеется, при этом возрастает доля гармоник более высоких порядков, однако измерения показывают, что компенсация все же дает положительный эффект — при условии, что искажения формы кривой остаются незначительными.

Если настроить рабочие точки с помощью фиксированного смещения так, чтобы в середине суммарной характеристики возникал излом, то при малых уровнях сигнала это привело бы к значительным искажениям. Поэтому применяется катодный резистор, который при малых уровнях сигнала обеспечивает линейность суммарной характеристики. По мере увеличения амплитуды сигнала среднее значение постоянного тока растет, что приводит к смещению рабочих точек; в результате достигается желаемая компенсация третьей гармоники (пунктирная кривая на рис. 2). Кроме того, отпадает необходимость в фиксированном сеточном смещении, обычно требуемом для работы в режиме класса B. Смещение рабочих точек также позволяет несколько отодвинуть предел допустимой мощности, рассеиваемой на анодах, что дает возможность получить выходную мощность 10 Вт. Поскольку при усилении речи или музыки наличие катодного конденсатора препятствует мгновенному отслеживанию изменения средней величины тока (а значит, и смещению рабочих точек), при возникновении резких пиков сигнала коэффициент гармоник оказывается в области между пунктирной и штрихпунктирной кривыми, показанными на рис. 2.

Выбор значения сопротивления нагрузки Raa = 9 кОм до сих пор казался произвольным. Поэтому на рис. 4 представлена зависимость Na = f Raa, позволяющая определить оптимальную величину сопротивления. В качестве критерия предела допустимого размаха сигнала была принята 5-я гармоника, поскольку в двухтактных каскадах четные гармоники взаимно уничтожаются, а 3-я гармоника в данной схеме также частично компенсируется. Характеристики выходного каскада, рассчитанного по описанному принципу — в частности, ток, требуемое входное напряжение и коэффициент гармонических искажений, — приведены на рис. 5 и 6. Различие между ними заключается в величине рабочего напряжения. Кривые на рис. 5 получены при напряжении на экранной сетке и аноде, равном 230 В (относительно катода); с учетом катодного резистора 270 Ом это соответствует рабочему напряжению 250 В. Данные на рис. 6 относятся к случаю, когда напряжение на аноде (относительно катода) составляет 250 В; при использовании катодного резистора 330 Ом для этого требуется рабочее напряжение 272 В. Оба графика показывают, что среднее значение анодного тока практически не зависит от уровня сигнала, в то время как ток экранной сетки возрастает примерно вдвое. При более низком рабочем напряжении (рис. 5) минимум коэффициента гармонических искажений, возникающий вследствие компенсации 3-й гармоники, выражен лишь слабо. В обоих случаях при превышении предельно допустимой мощности, рассеиваемой на экранных сетках, коэффициент гармонических искажений резко возрастает, благодаря чему перегрузка ламп проявляется также и акустически. При построении двухтактного выходного каскада на лампах типа ECL 82 в распоряжении имеются два триода, предназначенных для предварительных каскадов. Один из них используется в качестве фазоинверсного каскада, а второй — в качестве предварительного усилителя, что позволяет компенсировать потери напряжения, возникающие из-за работы регуляторов тембра и цепей обратной связи. При введении петли обратной связи, соединяющей вторичную обмотку выходного трансформатора с катодом триода предварительного усилителя, получается структурная схема, представленная на рис. 7. В фазоинверсном каскаде, содержащем одинаковые резисторы в цепях анода и катода, не стоит ожидать каких-либо сложностей, несмотря на наличие сильной токовой обратной связи и большой амплитуды сигнала. Если же триод используется в качестве предварительного каскада усиления звуковой частоты (НЧ) с высоким коэффициентом усиления, то, помимо требований к уровню фона и микрофонному эффекту, необходимо учитывать влияние емкости «сетка-анод» (Cag). У данной лампы эта емкость больше, чем у обычных НЧ-триодов. В одной из предыдущих публикаций уже отмечалось влияние этой емкости в тех случаях, когда триод включен после регулятора громкости. Если же такой триод — как в рассматриваемом случае — входит в общую цепь отрицательной обратной связи (ООС) оконечного усилителя, то это приводит к иному характеру воздействия на работу усилителя в целом. Как показано на рис. 8, емкость «сетка-анод» (Cag) создает отрицательную обратную связь по напряжению внутри первого каскада усиления; глубина этой связи зависит от величины внутреннего сопротивления источника сигнала (R). При активном характере сопротивления источника обратная связь становится, кроме того, частотно-зависимой. Изменение коэффициента усиления каскада можно определить, исходя из уравнения отрицательной обратной связи.

v’1 = v1 / (1+ beta1 * v1) = v1 / (1+ j * v1 * R * omega * Cag)
(при 1 / (omega * Cag) > R)

Коэффициент нелинейных искажений предварительного каскада также изменяется

k’1 = k1 / (1+ beta1 * v1) = k1 / (1+j * v1 * R * omega * Cag)

как показывают результаты измерений в табл. I.
Табл. I Коэффициенты гармонических искажений предварительного каскада

R [кОм]	f = 1 кГц [%]	f = 5 кГц [%]	f = 10 кГц [%]
1	0,8	0,79	0,77
100	0,53	0,37	0,24

Информацию о характеристиках усилителя в целом можно получить, подставив выражение для коэффициента усиления первого каскада в соотношения, описывающие действие обратной связи во всем усилителе. В этом случае уравнение для общего коэффициента усиления принимает следующий вид:

vges = (v’1 * vE) / (1+ βE * v’1 * vE)

При сильной отрицательной обратной связи выражение βE* v’1* vE значительно больше 1, так что общий коэффициент усиления составляет приблизительно

vges ~ = 1 / βE

и тем самым становится независимым от усиления на предварительных каскадах.

Коэффициент гармонических искажений всего усилителя, который в основном определяется искажениями выходного каскада, напротив, существенно изменяется в соответствии с соотношением

k’ges = k / (1+ βE * v’1 vE)

что также происходит при сильной отрицательной обратной связи

k’ges ~= k / ( βE * vE) * 1 / vE

упрощенно. В то время как коэффициент гармонических искажений и коэффициент усиления первого каскада уменьшаются с ростом частоты, общий коэффициент усиления меняется лишь незначительно. Однако суммарный коэффициент гармонических искажений с ростом частоты возрастает — примерно обратно пропорционально снижению коэффициента усиления первого каскада.

Чтобы ограничить это влияние, необходимо поддерживать на низком уровне либо коэффициент усиления первого каскада, либо выходное сопротивление источника сигнала. В связи с этим не рекомендуется размещать регулятор громкости непосредственно перед низкочастотным триодом лампы ECL 82. Для радиоприемников предлагается использовать тракт низкой частоты на лампе EABC 80 с фильтрами регулировки тембра — схема этого решения, на которой также указаны уровни сигнальных напряжений, приведена на рис. 9.

Поскольку схема каскада на лампе EABC 80, а также различные варианты цепей регулировки тембра уже были описаны, ниже рассматривается только усилительная часть на двух лампах ECL 82 (рис. 10). При этом выходное сопротивление регулятора тембра — оно же сопротивление источника сигнала для первого каскада — принято равным 100 кОм.

Схема соответствует блок-схеме, приведенной на рис. 7, и не имеет каких-либо особенностей. При выбранных номиналах компонентов обеспечивается примерно пятикратная отрицательная обратная связь — величина, типичная для радиоприемных устройств. Влияние выходного сопротивления источника сигнала и отрицательной обратной связи на частотную характеристику можно оценить по кривым на рис. 11.

Можно заметить, что благодаря отрицательной обратной связи уменьшается спад частотной характеристики в области высоких частот. Полная линеаризация частотной характеристики в слышимом диапазоне возможна только при более глубокой отрицательной обратной связи. В данном случае на частоте 16 кГц сохраняется спад величиной 4 дБ. На рис. 12 приведен коэффициент гармонических искажений на частоте 1000 Гц при указанной глубине отрицательной обратной связи. При сравнении этой кривой с кривой коэффициента гармонических искажений, представленной на рис. 5, следует учитывать, что здесь выходная мощность относится к вторичной обмотке выходного трансформатора, вследствие чего получаются несколько меньшие значения. Отношение сопротивления громкоговорителя к выходному сопротивлению усилителя — так называемый коэффициент демпфирования — составляет 4,5.

Поскольку в комбинированных лампах существует опасность того, что емкости между двумя системами могут привести к неустойчивости, были проведены соответствующие исследования усилителя, в ходе которых также менялась взаимная принадлежность систем оконечного и предварительного каскадов. Запас устойчивости вплоть до момента возникновения самовозбуждения в обоих случаях оставался неизменным.

Эти данные показывают, что на лампе ECL 82 — при условии учета ее особенностей и применения более высоких рабочих напряжений — можно построить двухтактный усилитель. Его выходная мощность будет находиться в диапазоне между показателями двухтактных каскадов на лампах EL 95 и EL 84, а к числу его преимуществ относятся экономия средств и занимаемого пространства, достигаемая за счет размещения триодов в одном баллоне с выходными лампами.

Funktechnik-1957-18.pdf

Edited 5 hours ago by Ollleg
корректировка

Xрюн222 · 2026-10-28T20:17:20Z

Например:

Что-то забыли они упомянуть совсем уж чудо-лампы -

ELL80 и, самую любимую :), ECLL800.

Stan Marsh · 2026-10-29T05:22:55Z

20МОм?

CHEL_EV · 2026-10-29T06:02:12Z

И 10 ом в катоде первого триода, тоже надеюсь 1к стоит, типа 1.0

И ОООС 150, это типа правильно 15к

Вообще, если публикуете статьи, качество изображений схем усилителей, надо выставлять не такими убитыми. И лучше в начале пути, а не в конце

Xрюн222 · 2026-10-29T06:10:44Z

Чем так смутили 20МОм, 10 ом и 150 ом? По-моему, все Ок.

Xрюн222 · 2026-10-29T06:24:02Z

За 20 лет до того, Серенада от дедушки Арона (Nora Serenade), 20 ом, дорогостоящий проволочный, в катоде и 700 ом от вторички, либо 200 ом, в зависимости от номера шасси.

Stan Marsh · 2026-10-29T07:11:14Z

1 час назад, Xрюн222 сказал:

Чем так смутили 20МОм...

Величиной.

Normann · 2026-10-29T07:13:22Z

3 минуты назад, Stan Marsh сказал:

Величиной.

Сеточное смещение, током. В общем-то "дело житейское" в первых каскалах в старые времена.

Stan Marsh · 2026-10-29T07:15:30Z

Это понятно.

Xрюн222 · 2026-10-29T07:37:06Z

21 минуту назад, Normann сказал:

Сеточное смещение, током. В общем-то "дело житейское" в первых каскалах в старые времена.

И в наши времена никаких противопоказаний, в общем-то. Катод на земле, как мы любим. Кстати, в Ревокс модел 40 точно так сделано вовсе и не в первом, а в предпоследнем каскаде, ФИРН перед пентодами 6ф3п

Normann · 2026-10-29T07:44:21Z

4 минуты назад, Xрюн222 сказал:

И в наши времена никаких противопоказаний, в общем-то. Катод на земле, как мы любим. Кстати, в Ревокс модел 40 точно так сделано вовсе и не в первом, а в предпоследнем каскаде, ФИРН перед пентодами 6ф3п

Минус для меня в таком смещении - необходимость конденсатора ДО. Где-то он уже есть, а где-то может стать притянутым за уши. В общем то для малых сигналов и малых величин смещения может быть вполне. Особенности звучания каскадов с большой величиной входного (гридлика) хорошо усвоены и известны!

Xрюн222 · 2026-10-29T07:51:07Z

В ФИ на входе сигнал вольт до 20, отн.шасси, и проблем нет также никаких. Зато - конденсатор можно взять весьма небольшой ёмкости и разменять небольшую ёмкость на высокое качество, недостижимое для более высоких порядков емкостей.

ТимВал · 2026-10-29T09:09:21Z

Минус в некоторой непредсказуемости величины такого смещения. Зависит от множества факторов.

Не просто так от него в будущем отказались.

Xрюн222 · 2026-10-29T09:23:40Z

Абсолютная предсказуемость, хорошая стабильность. Применимо, конечно, не всюду подряд, а у месту, как и с любыми др.решениями. Отказались, как и от много чего из ламповой схемотехники, в силу катастрофического падения квалификации делателей чего угодно на лампах .. Что, к сожалению, весьма заметно и на НАПе...

Normann · 2026-10-29T10:47:15Z

2 часа назад, Xрюн222 сказал:

Зато - конденсатор можно взять весьма небольшой ёмкости и разменять небольшую ёмкость на высокое качество, недостижимое для более высоких порядков емкостей.

Это да! Ток соответственно во входной цепи будет маленьким, как и в случае с дросселем ))) Не по заветам ЮАМ. Зато пред.каскаду это понравится.

CHEL_EV · 2026-10-29T12:01:13Z

5 часов назад, Xрюн222 сказал:

Чем так смутили 20МОм, 10 ом и 150 ом? По-моему, все Ок.

Интересно какое смещение будет первого триода при столь малом катодном сопротивлении в 10 om

Stan Marsh · 2026-10-29T12:05:25Z

Тут сеточное смещение, а не автоматическое.

Xрюн222 · 2026-10-29T13:07:46Z

1 час назад, CHEL_EV сказал:

Интересно какое смещение будет первого триода при столь малом катодном сопротивлении в 10 om

Примерно (0,8 +/- 0,1...0,2) вольта.

Xрюн222 · 2026-10-29T13:10:12Z

1 час назад, Stan Marsh сказал:

Тут сеточное смещение, а не автоматическое.

В малосигнальном режиме или при отсутствии сигнала вообще иная причина наличия смещения, именно собственный ток сетки, эмиссионный, а описан, почему-то уже случай перегрузки каскада с попытками захода в "плюс" на сетке. Такое используется преимущественно в генераторах.

grat · 2026-10-29T13:11:12Z

7 часов назад, CHEL_EV сказал:

качество изображений схем усилителей, надо выставлять не такими убитыми. И лучше в начале пути, а не в конце

1 час назад, CHEL_EV сказал:

Интересно какое смещение будет первого триода при столь малом катодном сопротивлении в 10 om

1 час назад, Stan Marsh сказал:

Тут сеточное смещение, а не автоматическое.

В следующий раз буду стараться увеличить схему :)

Ollleg · 2026-10-29T13:58:57Z

47 минут назад, grat сказал:

В следующий раз буду стараться увеличить схему :)

Подкорректировал схему.

CHEL_EV · 2026-10-29T14:12:40Z

Если бы я собирал на 6Ф3П, то точно бы не из схемы из топика.

А к примеру эту.

Xрюн222 · 2026-10-29T14:34:24Z

Сейчас выяснилось(разгляделось), что в исходной схеме и в ФИ те же самые 20М :). Как и говорилось выше.

Xрюн222 · 2026-10-29T14:35:36Z

23 минуты назад, CHEL_EV сказал:

Если бы я собирал на 6Ф3П, то точно бы не из схемы из топика.

А к примеру эту.

А я бы или такую или как в Ревокс-39. Собственно, и собирал уже, совершенно успешно.

В Телеватт (он же Телефункен, он же Саба, он же...ещё кто-то, не помню...) схема практически как в статье.

Ещё был Телеватт, модель/номер не помню, на выходе ел34, пред.каскад и ФИ на 6ф3п, усиление на пентоде, ФИРН на триоде. Как ещё вариант использования 6ф3п.