15. Каскады предварительного усиления

При существующих сейчас источниках сигналов средняя чувствительность высококачественного усилителя должна лежать в пределах 50-200 мв.

Между входными гнездами и сеткой первой лампы находятся корректирующие цепи, в которых сигнал ослабляется минимум вдвое (на 6 дб) на самом чувствительном входе. В тонкомпенсированном регуляторе громкости минимальное ослабление сигнала составляет еще 6 дб. Регуляторы тембра, обеспечивающие глубину регулировал ±20 дб, обычно ослабляют сигнал еще на 30-40 дб. При наличии во входных цепях катодных повторителей потери сигнала возрастают еще на 3-6 дб. Итак, общее затухание сигнала составляет 45-58 дб.

Величина напряжения сигнала на сетках ламп оконечного каскада составляет в среднем 10-20 в. Отношение этой величины к входному напряжению сигнала составляет 10/50 · 10^-3 = 200 (46 дб).

Итак, усиление предварительных каскадов с учетом затухания сигнала и необходимого напряжения на сетках ламп оконечного каскада должно иметь величину порядка 90-100 дб. Иначе говоря, коэффициент усиления предварительных каскадов должен быть равен примерно 10⁵. Это довольно значительная для низкочастотного усилителя величина.

Если коэффициент усиления по напряжению каждого из усилительных каскадов равен примерно 10, то, очевидно, число каскадов должно быть равно 5. При коэффициенте усиления каждого каскада порядка 100 общее количество каскадов будет равно 3 (с некоторым запасом). Поскольку коэффициент усиления, равный 10 на каждый каскад, обеспечивает практически любой современный низкочастотный ламповый триод, а коэффициент усиления 100 на каскад является предельным даже для хороших НЧ пентодов, то можно утверждать, что для ламповых усилителей число каскадов предварительного усиления должно лежать в пределах от трех до пяти. Для транзисторных усилителей коэффициент усиления одного каскада редко превышает 10, поэтому нужно считать нормальным в таких усилителях число каскадов усиления напряжения от 5 до 8.

Разумеется, в отдельных случаях возможны отклонения от приведенных расчетов в обе стороны, но, как показывает практика, не столь существенные, чтобы число каскадов усилителя вышло за указанные пределы.

Итак, ламповые схемы. Сколько же каскадов делать: 3 или 5? Первым, разумеется, напрашивается ответ "3". Однако не будем торопиться. Три каскада - это значит минимальный коэффициент усиления каскада  

Заметим, что это не μ лампы, а коэффициент усиления каскада, который редко превышает 50% от μ лампы. Следовательно, триоды отпадают. Значит, будет три каскада на пентодах или, в крайнем случае, два на пентодах и один на триоде. Последняя схема, не имеющая никакого запаса по усилению, не позволяет использовать в схеме отрицательную обратную связь, т. е. практически непригодна для Hi-Fi - усилителей, ибо без отрицательной обратной связи немыслимо снизить коэффициент нелинейных искажений и расширить частотный диапазон до требуемых величин.

Три каскада на пентодах могут позволить ввести отрицательную обратную связь, но тогда на пентоде оказывается собран и первый, входной каскад, а в этом случае, как показывает опыт, практически невозможно добиться полного отсутствия микрофонного эффекта и уровня фона ниже - 60 дб.

Другая крайность - пять каскадов на триодах - всегда обеспечивает нужный коэффициент усиления даже на самых плохих лампах, однако, применяя лампы со средним коэффициентом усиления порядка 20-50, без труда удается получить требуемый коэффициент усиления с достаточным запасом при четырех триодах (т. е. на двух сдвоенных лампах). Такая схема и является наиболее распространенной.

Правда, многие зарубежные фирмы выпускают специально разработанный пентод для входного каскада с малым уровнем собственных шумов и не склонный к микрофонному эффекту (EF-184, EF-804 и др.). Применяя такой пентод и последующие триоды с большим μ (90-120) по типу ЕСС-83, удается получить нужный коэффициент усиления на трех каскадах по системе пентод - триод - триод но во-первых, такая система требует применения специальных ламп, а во-вторых - очень высокого качества трансформаторной стали, высокочувствительных оконечных ламп (6-8 в возбуждения) и т. д. Поэтому такая схема для наших радиолюбителей пока не подходит.

До сих пор мы обходили молчанием вопрос о фазоинверторах. Если фазоинвертор собран по схеме, в которой каждое плечо является одновременно и усилителем (например, по схеме рис. 24), то коэффициент усиления этого плеча учитывается в общем усилении тракта. Напоминаем, что учитывать нужно усиление только одного плеча, так как второе плечо инвертора является лишь согласователем для второго плеча двухтактного оконечного каскада и не входит в общий усилительный тракт.

Рис. 24. Фазоинвертор с коэффициентом передачи больше единицы. а - на лампе 6Н2П; б - на транзисторах МП39

Если же фазоинвертор собран по схеме симметричного катодного повторителя (рис. 25), то его коэффициент усиления всегда меньше единицы, поэтому такой каскад не только не является усилительным каскадом, но еще требует дополнительного увеличения общего усиления на 4-6 дб.

Рис. 25. Фазоинверторы с коэффициентом передачи меньше единицы. а - на одном ламповом триоде; б - на транзисторах разной проводимости

Методика выбора коэффициента усиления для усилителя на транзисторах совершенно та же.

Теперь конкретно о самих схемах каскадов предварительного усиления (КПУ). Это - простейшие резистивные усилители без каких-либо схемных особенностей. Типичным для всех каскадов, как на триодах, так и на пентодах, являются уменьшенные в 2-5 раз по сравнению с оптимальными расчетными величинами анодных (коллекторных) нагрузок для расширения полосы пропускания в сторону более высоких частот, увеличенные до 0,1-0,25 мкф переходные конденсаторы и до 1-1,5 Мом резисторы утечки сетки для снижения спада частотной характеристики на низких частотах, применение отрицательной обратной связи по току во всех каскадах, кроме того, на котором собран блок регулировок частотной характеристики.

Что касается самих усилительных элементов, то за последние годы появилось множество различных новых типов ламп и транзисторов с отличными параметрами. Так, величина 5 у маломощных ламп стала равна 30-50 ма/в против привычных значений 3-10 ма/в, в связи с чем резко возросла чувствительность ламп. Подсчеты показывают, что теоретически все предварительное усиление можно получить даже на двух каскадах с такими лампами.

Однако мы считаем полезным предостеречь любителей от поспешности в выборе таких ламп или транзисторов. И дело здесь не в консерватизме, а в том, что увеличение, скажем, крутизны ламп достигается резким уменьшением зазора между управляющей сеткой и катодом, что значительно повышает склонность лампы к появлению термотоков и вытекающих из этого огромных нелинейных искажений. Немаловажны также большая стоимость и меньшая долговечность таких ламп.

Можно утверждать, что такие проверенные многолетней практикой лампы как 6Н1П, 6Н2П, 6НЗП, 6Н4П, 6Ж1П, 6Ж5П и транзисторы "устаревшей" серии П13-П16 или МП39-МП41 вполне годятся для предварительных каскадов даже самых лучших, самых современных усилителей. В заключение приведем несколько схем КПУ на лампах и транзисторах "старых" и "новых" типов в их обычных режимах использования (рис. 26 и 27).

Рис. 26. Каскады предварительного усиления на лампах. а - двухкаскадный усилитель с междукаскадной внутренней обратной связью; б - каскад с линеаризирующей обратной связью в цепи защитной сетки

Рис. 27. Каскады предварительного усиления на транзисторах. а - широкополосный каскад на одном транзисторе; б - двухкаскадный усилитель с гальванической связью и внутренней междукаскадной обратной связью