|
Az elektroncsövek alapkapcsolásai. - A fázisfordító kapcsolás.
Bozó Balázs
Az ellenütemű teljesítmény erősítők, - akár audiófil akár gitár- vagy hangszer/zenekari erősítők számára a végcsövek meghajtásához szükséges fázis fordító kapcsolás. Ezt a kapcsolást ezen erősítők szívének is nevezik, mert ennek milyensége alapvetően meghatározza az ilyenfajta erősítők minőségét. Tehát az ellenütemű végerősítő végcsövei meghajtására két jelre van szükségünk amelyek azonos feszültségűek, de ellentétes fázisúak. Ez eddig egyszerűen hangzik, a megvalósítás már korántsem ilyen egyszerű, főleg ha az erősítő szívének tekintjük és így nem átalljuk a lehető legjobb minőségűre tervezni, kivitelezni. A kapcsolással szembeni elvárásaink a következőek, alapvetően állítsa elő a két fázisú jeleket, úgy hogy azok képesek legyenek meg- és kihajtani a végcsöveket. Értelem szerűen a fázis különbségüket a teljes átviteli sávjukban tartsák meg.
A nyílthurkú fázisfordító. (Open Loop Phase inverter, Pharaphase phase-splitter)
Az első ellenütemű erősítőt tervezők a fázisfordító kérdését egyszerű megoldással valósították meg. A fázisfordító első triódája ami hagyományos földelt katódú kapcsolás ami a 180o-os fázisfordítást elvégzi és megfelelő méretezéssel, csőválasztással a végcsövet is meghajtja. Ennek kimenetéről egy ellenállás osztóval hajtják meg a következő fokozat szintén földelt katódú kapcsolását ami így ismét 180o-ot fordít vagy is vissza állítja az eredeti jel fázisát. A kapcsolást 1937 előtt használták, amikor még nem volt általánosan használatos a negatív visszacsatolás kereskedelmi termékekbe. A kapcsolás 5%-os eltérést mutat a meghajtásban. Ez nem lenne nagy hiba (10%-os hibát vesz észre az emberi fül), hiszen az ellenütemű végfokozatban kioltódnak az azonos de ellenfázisú hibák. Sajnos itt az a probléma, hogy a hiba nem azonos a két, fázisban eltolt jelben, így nem oltódnak ki.
A kapcsolás egyébként jó eredményeket produkált, de pár cső cseréje után megmutatta, hogy igen érzékeny a csövek paramétereire. Ha jobban bele gondolunk lehet, hogy elhibázottnak tekinthetjük azt, hogy a fázis fordítást két külön álló csőfélre bízzuk hiszen az első fokozat torzításait visszük tovább és a második fokozat kimenetén az első fokozat torzításihoz már hozzá adódik a másodiké is, így hogyan lehetne azt a végfokozatban kioltani. Talán ezért is kiszorult, ma már nem használják, kerülik ezt a kapcsolást.
A katodin. (Cathodyne)
 Talán ez a legkézenfekvőbb kapcsolás - a transzformátoron kívűl, egyszerű, kevés alkatrész kell hozzá, így azokat egyszerű kézben tartani, sajnos ezzel minden előnyét el is mondtuk. A kapcsolás lényege, hogy a cső katód és anód körében ugyan olyan értékű terhelés (ellenállás) szerepel - ezért osztott terhelésű erősítőnek is hívják, így az anódkörben előáll a 180o-os fázisú jel, míg a katódról levehető a bemenettel azonos fázisú jel. Ebből adódik, hogy a használt ellenállások determinálják a meghajtható csöveket, a nagy meghajtó feszültségű végcsövek nem hajthatóak mert miattuk túl nagy tápfeszültséget igényelne a fázis fordító. Sajnos a két jel ami fázisban pont ellentétes, a katód és az anódkörből kicsatolva kissé itt is asszimetrikus. Ez következik abból, hogy a katód és az anódkör impedanciája nem egyenlő illetve a magasabb frekvenciákon a cső anód-rács és a katód-rács kapacitásainak egyenlőtlensége is differenciát eredményez. így ismét olyan torzításaink vannak amelyek nem oltódnak ki a végfokozatban. A kapcsolás erősítése nem éri el az 1-et (többnyire csak 0,9). Az erősítés µR/(R(2+µ)+R) ha az R=Ra=Rk. Így az előtte lévő feszültségerősítő fokozatnak megfelelő erősítéssel kell rendelkeznie. Ha a kapcsolást ügyesen méretezzük az előző fokozat és a fázisfordító fokozat csatoló kondenzátora elhagyható, direktcsatolásúvá alakítható.
A Williamson kapcsolás.
Ez a kapcsolás az előbbi javítása, annyiban, hogy a gyenge meghajtó képességét az előző kapcsolásnak egy további meghajtó fokozattal kiegészítve azt sokkal szélesebb körben használhatóvá teszi. Ez a kapcsolás nagyon népszerű volt az '50-es '60-as években. Eredetileg 6SN7 csöveket használt. A népszerűségét nagyban elősegítette, hogy használatával meghajthatóvá váltak olyan csövek is amelyek viszonylag nehezen hajtható, nagy teljesítményű csövek mint pl. a 807.
A bemeneti jelet egy feszültség erősítő fokozat erősíti, amely direkt csatolásban kapcsolódik a katodin fokozathoz. Ezzel megspóroltunk három alkatrészt de ami jelentősebb egy RC-tag okozta időállandót és némi fázistolást is. A katodin fokozat kivitelezhető alacsony terhelő ellenállásokkal, a nagyobb áramú beállítás elérésére, ez kevesebb torzítást ad, kevesebb erősítés mellett. A hiányzó erősítést a katodint követő meghajtó fokozatok pótolják. Sajnos még ez sem ad annyira jó megoldást a két fázisú jel között továbbra is van asszimetrikus eltérés. A vázolt kapcsolásban a felső részen 1.3% míg alul a katód részen 1.35% torzítás volt mérhető 17V-os kimeneti feszültség esetén, de 25V-os kimenet esetén már 1.85% és 1.92% volt. A teljes fokozat erősítése (a bemenet és az egyik kimenet között) 140.
A differenciál vagy katódcsatolt fázisfordító. (Long Tail Phase shifter)
Ez a kapcsolás a legszélesebb körben használt fázisfordító kapcsolás. Ezzel a megoldással lehetővé válik akár 50V effektív értékű meghajtó feszültséget szolgáltatni a végcsövek számára. Maga a kapcsolás egy differenciál vagy differencia erősítő kapcsolás. A két trióda fél a katódjuknál összekapcsoltak, közös katód ellenállásuk van. A baloldali trióda fél a szokásos földelt katódú kapcsolás, a rácsára érkező vezérlő jel hatására az anódján elő áll a fázisfordított kimenet. A második trióda a katód ellenálláson keresztül kapja a vezérlést hiszen földelt rácsú kapcsolásban működik, mert az első trióda rácsáról egy 1M-os ellenállással kapcsolódik, ami aztán egy 220nF-os kondenzátorral váltakozó áramú szempontból a földre van kötve. Az ellenállás és a kondenzátor egymással aluláteresztőszűrőt alkot. Éppen ezért a kapcsolás - mint ismeretes - nem rendelkezik jó nagyfrekvenciás tulajdonságokkal, az anódján a vezérlőjellel azonos fázisú jelet ad. Minél nagyobb a közös katód ellenállás a két trióda annál jobb együttfutású lesz. Az együttfutást további növelésére szokásos, hogy a földelt rácsú triódánál az anód ellenállás kicsivel nagyobb értékű szokott lenni (10-20%-al), mint a másik trióda esetében. Ez a különbség abból adódik, hogy a földelt rácsú kapcsolással kisebb erősítés érhető el mint a földelt katódú kapcsolással. A magasabb értékű katód ellenállás megkönnyíti, az előző fokozat direkt csatolását, bár magasabb tápfeszültséget igényel - az ábrán egy ilyen kapcsolást mutatok be.
A kapcsolás erősítése: 1/2·(µRt/Rt+Ra)·(1-(Ra+Rt/(Rt+Ra+2Rk(µ+1)));
A Schmidt fázis fordító kapcsolás.
Ez a kapcsolás tulajdonképpen az előző kicsit átalakított változata. A lényegi különbség, hogy a közös katód ellenállást megosztja és lesz egy katód ellenállás a szokásos munkapont beállító és itt a földelt rácsú cső csatoló ellenállása ként is, illetve lesz egy viszonylag magasabb értékű ellenállás ami ál-áramgenerátorként használatos. A kapcsolás tulajdonságain sokat javíthatunk, ha az ál-áramforrás ellenállást valódi áramgenerátorral cseréljük fel. Ennek elterjedt megoldása a félvezetős áramgenerátor használata, de csöves megoldások is ismertek. A csöves megoldás hátrányaként az extra jelentős negatív tápfeszültség igény hozható fel.
Kereszt csatolt fázis fordító. (Van Scoyoc phase phase-splitter)
A kereszt csatolt fázis fordító kapcsolást 1948-ban publikálta Van Scoyoc. Nagyon érdekes kapcsolás, nagyobb erősítéssel rendelkezik mint a szintén két triódát felhasználó differenciál kapcsolás. Ami miatt mégsem elterjed az az, hogy a bemenete meglehetősen érzékeny az alacsony impedanciás meghajtásra. Ezt a meghajtást pedig elég nehéz neki transzformátor nélkül előállítani. A kapcsolásnak ha nem földeljük az egyik bemenetét akkor alkalmas szimmetrikus bemenetű erősítő készítésére is. Illetve, szokás még frekvencia korrektort készíteni belőle, de sztatikus fejhallgató erősítőként is látható.
Isodyne fázisfordító.
Ezt a kapcsolást E F Worthen publikálta még 1958-ban. A fokozatok közötti direkt csatolás biztosítja a jó alacsonyfrekvenciás viselkedést, a kimeneti katódkövetők biztosítják a jó alacsonyimpedanciás illesztést. A kapcsolás hátránya, hogy a csöveknek válogatottnak kell lenniük. A potenciométerrel az AC együttfutást kell beállítani (balance).
A transzfomrátoros.
 A legkézenfekvőbb talán mind közül kár, hogy a leg problematikusabb rendes transzformátort találni erre a célra. A meghajtása nem kritikus, sokkal jobban számít a transzformátor minősége.
Felhasznált irodalom:
| [1] A R Baile: | New Phase Splitter, Bradford Institute of Technology. Wireless World, September, 1962. |
| [2] E F Worthen: | The New 'Isodyne' Phase-Splitter, Audio, August 1958, p. 26. |
| [3] Claudio Bonavolta: | Phase Splitters |
| [4] Max Robinson: | Designing and Building Audio Amplifiers. Practical Phase Inverters. |
| [5] John Broskie: | Cross-Coupled Circuits |
| [6] Nicholas Pryor: | Improving The Cross-Coupled Inverter |
|
