Как выходной трансформатор вызывает искажения - Часть 2

Информация о материале
Категория: Audio USA
Опубликовано: 04.10.2021, 12:07
Автор: Grzegorz Makarewicz
Просмотров: 2949


Как выходной трансформатор вызывает искажения
В двух частях - часть 2
Audio, March, 1957, Vol. 41, No. 3 (Successor to RADIO, Est. 1917)
(Аудио, март 1957 г., т. 41, No. 3 (Преемник RADIO, основано в 1917 г.))
Norman H. Crowhurst

Работа аудиопреобразователей уже давно окружена аурой таинственности. В этой статье рассматриваются различные формы искажений, которые может создавать выходной трансформатор, и приводятся некоторые простые методы измерения.

   Поскольку эти искажения из-за реактивной нагрузки очень похожи на искажения, которые трансформатор вызывает на высоких частотах, мы рассмотрим оба вместе. (A) на рис. 8 показывает практическую схему выходного трансформатора, а (B) на рис. 8 показывает нагрузку на выходные лампы.


Рис. 8. Практическая и эквивалентная схема выходного трансформатора для высокочастотной характеристики: (A) фактическая схема: (B) эквивалентная пластина нагрузки для выходных ламп.

   Первичная емкость трансформатора напрямую шунтируется с пластины на пластину. Сопротивление нагрузки увеличивается на коэффициент N2, но из-за потока рассеяния, который проходит между первичной и вторичной обмотками, существует эффективная индуктивность между этой нагрузкой и лампами, показанная в эквивалентной схеме (B), рис. индуктивность рассеяния.

   Емкость обмотки имеет те же свойства, что и любая другая емкость в цепи. Индуктивность рассеяния в точности аналогична любой индуктивности с воздушным сердечником: она не может вносить искажения сама по себе.

   Однако, если индуктивность рассеяния является доминирующим реактивным сопротивлением на высокочастотном конце, тогда сопротивление нагрузки, отнесенное к первичной обмотке, будет выглядеть как сопротивление с последовательно включенной индуктивностью. Если выходные лампы вызывают искажения с последовательным реактивным сопротивлением, добавленным к сопротивлению нагрузки, то такой трансформатор будет вызывать искажения.

   В других усилителях искажения могут появляться быстрее, если реактивное сопротивление добавляется параллельно сопротивлению нагрузки. В этом случае трансформатор, в котором емкость обмотки является преобладающим реактивным сопротивлением на высокочастотном конце, будет быстрее показывать искажения.

   Эти факты можно легче понять, посмотрев влияние на результирующую линию нагрузки реактивных сопротивлений, приложенных последовательно и параллельно с нагрузкой сопротивления. Виды создаваемого эллипса показаны на рис. 9 и 10. Когда эти виды эллиптического отклонения применяются к характеристикам лампы, искажение может проявляться более резко, когда эллипс отклоняется от прямой с одной стороны, чем с другой.


Рис. 9. Последовательность эллиптических линий нагрузки, представляющих постепенно увеличивающиеся значения реактивного сопротивления последовательно с постоянным значением сопротивления, представленное прямой линией. Параллельные наклонные линии вверху и внизу представляют идеальные характеристики лампы для экстремальных скачков напряжения сети.


Рис. 10. Последовательность эллиптических линий нагрузки, представляющих реактивное сопротивление в шунте с постоянным значением сопротивления.

   Два способа, которыми реактивные сопротивления (B), рис. 8, могут вызвать раскрытие линии нагрузки в виде эллипса, проиллюстрированы в сравнении с характеристиками композитной трубки на рис. 11. Последовательная индуктивность рассеяния вызывает падение напряжения в дополнение к падению напряжения на рис. нагрузки и увеличивает эффективное колебание напряжения пластины при уменьшении тока. Шунтирующая емкость принимает дополнительный ток от выходных ламп и имеет тенденцию уменьшать колебания напряжения на пластине. Результирующий эллипс зависит от того, какой из этих двух эффектов больше. Как мы сейчас увидим, трансформатор может отображать один из двух видов импедансной характеристики выходных ламп. С точки зрения потенциальных высокочастотных искажений это наиболее важное различие между разными выходными трансформаторами, которые могут давать одинаковые частотные характеристики.

Как реактивная способность вызывает искажения

   На рис. 11 почти параллельные линии не являются попыткой небрежного рисования - они представляют собой типичные составные кривые для пары трубок пентодного или тетродного типа, работающих в двухтактном режиме. На практике эти линии будут не прямыми, а слегка изогнутыми. Чтобы упростить рисунок, показаны прямые линии, но угол между линиями соответствует типичным трубкам. Средняя линия, проходящая через рабочую точку, имеет самый пологий наклон, в то время как крайние линии, представляющие нулевое напряжение сети на альтернативных лампах, имеют самый крутой наклон. Этот факт в целом верен, независимо от того, используются ли пентоды или триоды - он немного более заметен с лампами типа тетрод или пентод, чем с триодами, но тенденция та же.


Рис. 11. Линии нагрузки на составных характеристиках, относящиеся к различным возможностям высокочастотной характеристики: прямая линия, пересекающая характеристики, представляет значение резистивной нагрузки на средних частотах.

   Стрелки, отмеченные на двух ллипсах, показывают, как рабочая точка перемещается по эллипсу в течение цикла. Обратите внимание, что для шунтирующей емкости расстояние между пересечениями последовательных линий напряжения сети больше при выходе из нуля, чем при возврате, в то время как для последовательной индуктивности оно уже при выходе из нуля, чем при возврате. Это вводит форму искажения, показанную на дисплее нормальной формы сигнала на рис.12.


Рис. 12. Возможные формы выходного сигнала, соответствующие разновидностям линии нагрузки, показанной на рис. 11: (A) для последовательной составляющей индуктивности; (B) для чистого сопротивления (единственная кривая, которая является синусоидальной волной); (C) для составляющей шунтирующей емкости. Пунктирные части иллюстрируют дополнительный эффект, когда начинается отсечение.

   На кривой А наклон от каждого пика обратно к нулевой линии круче, чем от нулевой линии до следующего пика. Кривая B представляет собой синусоидальную волну, представляющую выходной сигнал с линией резистивной нагрузки, в то время как кривая C показывает состояние, обратное состоянию кривой A, наклон вверх от нуля к пику круче, чем возврат от пика к нулю.

   Если размах напряжения сети увеличивается немного больше, чем показано на рис. 11, ограничение происходит на обоих концах линии нагрузки. Пунктирные участки на рис. 12 показывают, как ограничение проявляется на каждой из выходных сигналов.

   Вернемся теперь к случаю, когда первичная индуктивность шунта вызывает искажения. Это приведет к образованию эллипса в положении, аналогичном тому, которое показано для шунтирующей емкости на рис.11, потому что он будет потреблять больше тока пластины для более низкого размаха напряжения, чем линия сопротивления нагрузки, но направление вращения будет обратным, потому что это противоположный вид реактивного сопротивления. Это означает, что форма волны будет аналогична форме волны, создаваемой последовательной индуктивностью, как показано в позиции A на рис. 12. Если ограничение происходит из-за этого эффекта шунтирования (возможно, с помощью обратной связи), то выравнивание также будет в положении, аналогичном к показанному на кривой А.

   Все вышеизложенное основано на симметричных формах искажений. Некоторые виды искажений, особенно на высоких частотах, возникают из-за несимметричной нагрузки выходного трансформатора. Если индуктивность рассеяния и емкость обмотки неравномерно распределены между двумя половинами первичной обмотки, каждая из них может иметь свой собственный образец резонансных частот. Это вызовет разность фаз в цепях двух пластин (кроме обычных 180 градусов). И эти различия, особенно в (а) выходных цепях пентода и (б) с общей обратной связью, могут привести к наиболее беспорядочным формам асимметричных искажений формы сигнала. В некотором смысле выходной трансформатор ответственен за такого рода искажения, но это не связано с нелинейностью в общепринятом смысле. Все реактивные сопротивления в трансформаторе, которые вызывают это, являются элементами линейной схемы.

Выявление искажения

   Кривые, показанные на рисунках 7 и 12, показывают, как формы сигналов отклоняются от синусоидальной формы при относительно большом количестве искажений. Было бы трудно определить причину искажения по форме сигнала, если оно значительно меньше 5%. Поэтому нам нужен более точный метод наблюдения. В некоторых случаях искажение будет более 5% без применения общей обратной связи. В этих случаях очень помогает метод тестирования, который будет описан ниже, поскольку он показывает исходное количество искажений даже при подключенной обратной связи.

   Этот очень простой метод использует контурные кривые на осциллографе, используя схему, показанную на рис. 13. Если применяется общая обратная связь, форма сигнала на пластине может быть практически синусоидальной, но для этого может потребоваться форма сигнала на сетке. значительно отклониться от истинной синусоиды. Однако обе формы волны, наблюдаемые по отдельности, могут быть настолько близки к синусоидальной волне, что трудно определить, какой вид искажения происходит, но с помощью метода наблюдения с контурной трассировкой сравниваются две формы волны, и вид искажения очень велик. легче идентифицировать.


Рис. 13. Способ подключения осциллографа к схеме усилителя для проверки работоспособности выходного трансформатора на низких и высоких частотах. Перед применением этого метода формы сигналов на решетках и пластинах должны быть проверены на симметрию.

   Перед применением этого метода рекомендуется убедиться, что усилитель сбалансирован, чтобы убедиться, что форма сигнала на обеих сетках идентична, а также на обеих пластинах. Разница между формами сигналов на каждой стороне указывает на отсутствие должного баланса в усилителе, на что следует обратить внимание перед дальнейшим исследованием. Эта процедура была подробно описана в другом месте, поэтому мы будем предполагать, что усилитель работает в условиях хорошего баланса.

   На рисунке 14 показаны виды следа, которые будут получены с каждым из рассмотренных нами вариантов искажения, за исключением асимметричного, который может вызывать такое разнообразие форм, что ни один след не может считаться репрезентативным. Они несколько преувеличены, поэтому можно отчетливо увидеть разницу в форме. Наблюдение осциллограммы даже при небольшом искажении позволяет быстро определить, какая из этих разновидностей (или комбинация двух или более) имеет место.


Рис. 14. Виды рефлектограммы, связанные с различными источниками искажений: (A) только из-за формы кривой тока сверхмощного тока; (B) из-за тока намагничивания, где он сильно индуктивен, вызывая значительный фазовый сдвиг; (C) из-за кривизны трубки и любой составляющей реактивного сопротивления; (D) из-за ограничения, вызванного реактивными компонентами: сплошная линия представляет напряжение сети по горизонтали, напряжение пластины по вертикали; пунктирная линия - истинный эллипс для сравнения; пунктирная линия представляет форму, в которой форма входного сигнала берется из точки до того, как происходит ограничение.

   На рис. 14 (A) - это вид кривой, образованной насыщением, а не реактивной нагрузкой. Причину такой формы можно увидеть, обратившись к (B) на рис. 7, где входное напряжение и напряжение на клеммах практически совпадают по фазе, но последнее имеет значительные искажения.

   (B) показывает вид следа, создаваемого зависимостью, представленной в (A) на рис. 7, где основной эффект обусловлен индуктивным реактивным сопротивлением. Ток намагничивания приближается к 90 град. отставание фазы от напряжения на клеммах. В (A) на фиг. 7 ток синусоидален, а волна напряжения искажена. Если общая обратная связь используется для «корректировки» формы входного сигнала так, чтобы форма выходного напряжения была почти синусоидальной, последовательность соотношений будет аналогичной, так что пятно будет перемещаться по аналогичной трассе, но скорость ее перемещения будет изменяться. В любом случае отображается цикл, аналогичный (B) на рис. 14.

   (C) показывает вид следа, создаваемого реактивным эллипсом на двухтактных характеристиках. Если эллипс отклоняется от своей истинной формы из-за выпрямления вдоль альтернативных квадрантов и изгиба вдоль других, как показано здесь, причиной искажения является реактивная нагрузка на выходные трубки.

   (D) показывает, что ограничение влияет на нагрузку реактивного сопротивления. Если горизонтальное отклонение берется из схемы сети, как показано на рис. 13, отклонение будет резко ограничено током сети, создавая "обрезанный" конец, показанный сплошной линией. Пунктирной линией показана истинная эллиптическая форма без отсечения. Если отклонение по горизонтали снимается с некоторой точки, расположенной ранее в усилителе, ограничение сетки не будет отображаться по горизонтали, но его результат на форме выходного сигнала приведет к искажению, представленному пунктирной кривой на (D) рис. 14.

Характеристика импеданса

   Прокручивая звуковой генератор по этим более высоким частотам, мы можем увидеть, какой тип отклика линии нагрузки трансформатор производит для выходных ламп. Одна разновидность проиллюстрирована на рис. 15, который представляет дисплей, представленный на последовательно более высоких частотах: начиная с частоты mifd, когда нагрузка является резистивной; сначала индуктивность рассеяния увеличивает выходное напряжение, образуя эллипс с немного увеличенным наклоном, показанный в (B); при переходе к более высоким частотам начинает действовать емкостное реактивное сопротивление: достигается точка, в которой два реактивных компонента создают динамически резистивную линию нагрузки, как в (C); поскольку эффективное сопротивление теперь выше исходного значения, наклон линии будет круче, чем в точке (A).


Рис. 15. Последовательности диаграмм на все более высоких частотах, когда индуктивное и емкостное реактивные сопротивления резонируют: (A) средняя частота - полностью резистивная; (B) последовательная индуктивность имеет преимущественное влияние; (C) оба в сочетании дают резистивный динамический импеданс выше, чем (A); (D) и (E) последовательные формы, когда преобладает емкостное сопротивление.

   Не путайте наклон с длиной. Если усилитель имеет неоднородную частотную характеристику, длина линии или размер кривой может увеличиваться или уменьшаться, но наклон указывает относительную величину только по выходному каскаду.

   В точке (D) дальнейшее увеличение частоты переключает реактивное сопротивление на емкостную сторону, и выходная амплитуда падает относительно входной амплитуды; наконец, в точке (E) емкостное реактивное сопротивление приближается к высокочастотному спаду.

   Альтернативный вид характеристики сопротивления нагрузки, которую трансформатор может представить для выходного каскада, имеет полностью преобладающее емкостное реактивное сопротивление. Это происходит потому, что индуктивность рассеяния сделана настолько низкой, что сопротивление нагрузки тесно связано с первичной обмоткой, а промежуточная емкость приводит к значительному спаду до того, как индуктивность рассеяния окажет заметное влияние.

   В этом случае промежуточные узоры, представленные (B), (C) и (D) на рис. 15, не появятся, но переход будет непосредственно от прямой линии A на рис. 15 к эллипсу в направлении обозначено (E).

Выводы

   Исходя из фактов, преобладающее предубеждение против выходных трансформаторов может показаться необоснованным. Это не означает, что мы должны развернуться и снова установить звуковые трансформаторы в других местах цепи вместо ламп. Возможно, межкаскадные трансформаторы умерли немного раньше времени из-за предрассудков, но появление всеобщей обратной связи в любом случае привело бы к их смертной казни. Дело в том, что лампы по-прежнему являются основной причиной искажений.

   В этой статье основное внимание уделяется тому, чтобы дать четкое представление о том, как проводить измерения характеристик трансформатора с определенным углом зрения на определение причины искажения. Иногда два трансформатора могут быть одинаково хорошими в принципе, но они не будут одинаково хорошо работать в одной и той же схеме усилителя без определенных модификаций схемы. Что нам нужно знать, так это как внести изменения, чтобы замена трансформатора могла дать наилучшие результаты. В следующей статье мы рассмотрим вопрос о том, как проводить измерения на различных трансформаторах, работающих в усилителях, и как определять изменения, необходимые для достижения наилучших рабочих условий.

(Часть 1)

Содержание архивной статьи предоставил Grzegorz 'gsmok' Makarewicz