Witam,
natknąłem się na pewną kwestię, która bardzo mnie zaciekawiła, jednakże nie udało mi się znaleźć zbyt wiele informacji na ten temat w sieci ani na forum, więc postanowiłem poruszyć ten temat tutaj. Może to nie najlepiej sformułowany temat, ale nie wiedziałem jak to lepiej ująć w kilku słowach - w dalszym tekście będzie to sprecyzowane, dość obszernie, ale chciałem dokładnie wytłumaczyć o co mi chodziło:
Jak wiadomo, w obecnych czasach dość powszechnie stosuje się praktykę dobierania lamp w pary czy kwartety, i używania takich "dobranych" (ang. "matched") par lub kwartetów lamp, przede wszystkim w przeciwsobnych stopniach końcowych (stopniach mocy) wzmacniaczy, w szczególności gitarowych. Wiadomo – lampy, w szczególności te z obecnej produkcji, wykazują pewien rozrzut parametrów, w związku z czym lampy dobiera się tak, aby ich dana para czy kwartet wykazywały w warunkach "statycznych" (przy braku sygnału) ten sam prąd anodowy przy takim samym napięciu siatki sterującej (tzw. "bias"). Niektóre wzmacniacze posiadają specjalnie przeznaczony do tego celu układ regulacji stałego napięcia podawanego na siatki sterujące lamp mocy ("bias adjuster"), pozwalający na dość efektywne "sparowanie" wcześniej "niedobranych" lamp (czasami zdarzają się nawet tego typu układy dla wygody wyposażone we wskaźniki LED). W przypadku innych wzmacniaczy może być zalecane stosowanie wcześniej dobranych par czy kwartetów lamp, co jak wiadomo może skutkować dodatkowymi kosztami (zakup "dobranych" lamp lub zakup większej ilości lamp w celu ich "dobrania"). Ponadto, nawet uprzednio "sparowane" lampy mogą "rozbiegać się" wskutek procesów starzenia i zużycia. Wynika to oczywiście z różnych kwestii, m.in. "kompromisów" poczynionych w projektach wzmacniaczy, redukcji kosztów, "pogorszenia się" jakości lamp z obecnej produkcji względem lamp produkowanych niegdyś przez Philips’a, Valvo, Telefunken, Mullard’a czy innych (nie chcę tu otwierać dyskusji o tym czy jest to prawda czy nie, albo w jakim stopniu jest to prawda, albo n.t. wyższości jednych producentów nad innymi, w każdym razie można uznać że taki pogląd istnieje, zważywszy na ceny lamp NOS Mullard’a czy innych „audiofilskich” producentów), czy innych względów. Jest to też oczywiście bardziej znaczący problem w przypadku stosowania "sztywnego minusa" (ang. fixed bias) zamiast "automatycznego minusa" (ang. cathode bias), jako że "automatyczny minus" pozwala w pewnym stopniu niwelować efekty związane z "niesparowaniem" czy nierównomiernym starzeniem/zużywaniem się lamp (we wzmacniaczach większej mocy, szczególnie gitarowych, stosowanie "sztywnego minusa" wraz z układami "regulacji biasu" jest dość powszechne).
Oczywiście nie rozwiązuje to kwestii "sparowania" lamp w warunkach "dynamicznych" (przy podawanym sygnale), jako że duża część "testerów" lamp nie umożliwia dokonania pomiarów w takich warunkach – "sparowanie" lamp w warunkach "statycznych" nie gwarantuje ich "sparowania" w rzeczywistych warunkach pracy wzmacniacza. Wymagałoby to "parowania" z pomocą eksperymentalnego wyznaczania charakterystyk każdej z lamp, co raczej nie jest praktykowane, w dodatku wymagałoby posiadania dość specjalistycznego sprzętu. W tym temacie jednakże ta kwestia raczej nie będzie poruszana, zważywszy na fakt iż komercyjnie dostępne "dobrane" pary czy kwartety lamp mocy są "dobrane" raczej jedynie pod kątem "biasu" (w warunkach "statycznych"), i taki stopień "sparowania" uważa się dość powszechnie jako zadowalający, w związku z czym dyskusję w tym temacie ograniczyłbym zasadniczo jedynie do osiągnięcia podobnego poziomu "sparowania" lamp, ignorując tu "sparowanie w warunkach dynamicznych".
W związku z powyższym, możliwość "wkomponowania" we wzmacniacz układu "automatycznego parowania" lamp, eliminującego potrzebę "regulacji biasu" czy też stosowania "dobranych" zestawów lamp, bez pogorszenia innych parametrów wzmacniacza, byłoby dość atrakcyjna. Tak więc zasadniczym celem byłoby tu uzyskanie "zbalansowanej" pracy wzmacniacza przy zastosowaniu "niedobranych" ("niezbalansowanych") lamp. Coś takiego jest czasem spotykane, chyba najbardziej znanym przykładem są wzmacniacze gitarowe firmy Bugera wyposażone w technologię "Bugera INFINIUM Tube Life Multiplier Technology", które obejmuje system monitorujący stan lamp wzmacniacza mocy, wyświetlający stosowną informację za pomocą diod umieszczonych z tyłu urządzenia, oraz pewien układ niezależnego automatycznego doboru punktów pracy lamp mocy, zaawansowany na tyle, iż Bugera chwali się że można dzięki niemu zaniedbać dobór lamp mocy w dublety czy kwartety, zaniedbać regulację biasu, wymieniać pojedyncze lampy mocy, a nawet stosować jako lampy mocy zamiennie w zasadzie dowolne lampy spośród różnych wersji 6L6, EL34, 5881 i 6550, i to w zasadzie mieszając je w dowolnej kombinacji (!). Poza dostępnymi materiałami promocyjno-marketingowymi, i trudno jest jednak znaleźć jakiekolwiek rzetelne informacje czy schematy, ukazujące w jaki sposób zostało to w rzeczywistości praktycznie rozwiązane (można co najwyżej znaleźć w sieci zdjęcie układu o nazwie "Bugera Q05-00000-62102 Tube CTL1 PCB assembly for 333 XL Infinium", który jest najprawdopodobniej właśnie układem o tych funkcjach; rozwiązanie zapewne dość ciekawe, i mogłoby być bardzo pouczające, niestety nie udało mi się znaleźć jakichkolwiek względnie fachowych treści na ten temat, np. jakiś patentów opisujących to rozwiązanie; poza tym bardziej interesowałoby mnie tu "automatyczne parowanie" lamp tego samego typu niż "parowanie" kombinacji różnych lamp typów EL34 i 6L6, choć oczywiście takie rozwiązanie też jest bardzo praktyczne i pomysłowe).
Problem "automatycznego parowania" lamp dotyczy oczywiście głównie przeciwsobnych stopni końcowych wzmacniaczy audio, choć może też w pewnym stopniu dotyczyć m.in. rozdzielaczy fazy opartych np. o chyba najpopularniejsze lampy ECC83/12AX7A, jako że obie części triodowe tych lamp mogą być "niesparowane" czy też mogą starzeć/zużywać się nierównomiernie. Dodatkowo, jest to znacznie poważniejszy problem w przypadku nieprodukowanych już typów lamp, takich jak m.in. ECL82 i ECL86 – w przypadku popularnych lamp audio, takich jak 6L6GC/6П3C, 6V6GT/6П6C, EL84/6BQ5/6П14П, EL34/6CA7, 5881, 6550/KT90 można po prostu zakupić "dobrany" zestaw lamp, natomiast zdobycie np. "dobranej pary" lamp ECL86 czy też zdobycie większej liczby lamp ECL86 w celu ich "sparowania" nie jest już wcale takie łatwe, czy wręcz może być niemożliwe.
Jedyne konkretnie opisane tego typu rozwiązanie udało mi się znaleźć w publikacji/książce C. R. Couch, Designing Vacuum Tube Amplifiers and Related Topics, Eureka, California, 2009.
Opiera się ono, tak jak w wielu innych przypadkach, na zastosowaniu układu sprzężenia zwrotnego, obejmującego lampy końcowe (mocy) wzmacniacza wraz z (raczej niezbyt kosztownymi) wysokonapięciowymi tranzystorami mocy, i pozwala na "automatyczne balansowanie się" lamp mocy. Zamieszczam opis działania (opis za oryg. publ.: C. R. Couch, Designing Vacuum Tube Amplifiers and Related Topics, Eureka, California, 2009; jak w oryginale po angielsku, nie tłumaczyłem, żeby czegoś nie przekręcić i nie wprowadzać nieporozumień):
"The control grid must have a negative bias that exceeds the peak input signal voltage (...). If the input signal level exceeds the control grid bias voltage, severe distortion will result and positive grid current will flow, affecting the long–term reliability of the tube; a 12 Ω resistor has been added, in series with the cathode resistance. This resistor will establish the plate current through the tube; the current will be about 50 mA. The transistor added to the circuit controls the current flow through the screen grid bias resistor. If the current increases, the voltage drop across the resistor will lower the screen bias voltage, if the current decreases then the screen voltage will increase. Altering the screen grid voltage will cause the plate current flow to change. The amount of current that the transistor allows to flow through the screen resistor is dependant upon the plate current flowing through the 12 Ω resistor in the cathode circuit. The transistor starts to turn 'on' when the current flow through the 12 Ω resistor causes the voltage to be 600 mV. If the plate current causes a greater voltage drop, the transistor will cause more current to flow through the screen resistor, thus reducing the screen voltage and diminishing the plate current. The 'system' is a closed feedback loop, each element affecting the next, stability is achieved when the voltage drop across the 12 Ω resistor is just adequate to 'turn on' the transistor (about 600 mV); (...) provided that the circuit is properly implemented – both capacitors shown must be included – no problem will be experienced. The loop bandwidth is very low; it has a very slow response time so normal audio signals are unaffected (...). Here’s the implementation in a conventional push–pull amplifier output stage. A stage that includes these feedback loops will not require matched output tubes (...). Note that the above schematic is an example of the bias feedback technique described – it’s not intended to be a functional circuit to be copied and used in any arbitrarily selected amplifier. Solid–state design is a complex process (...). There are serious thermal and reliability considerations associated with this circuit that need to be taken into account as well as considerations of loop stability (...). The point of this particular discussion is that shortcomings of current vacuum tube technology could be alleviated by solid –state devices. This isn’t recommended for experimenters without knowledge of solid–state design."
Niestety, jak sam autor publikacji dodał, to jest raczej ogólny schemat samej idei takiego postępowania, a nie praktyczne rozwiązanie (w oryg.: "above schematic is an example of the bias feedback technique described – it’s not intended to be a functional circuit to be copied and used in any arbitrarily selected amplifier"). Co więcej, przedstawione wyżej rozwiązanie nie jest aż takie ogólne, stosuje się do tetrod strumieniowych (wiązkowych) i pentod, gdyż, z braku siatki ekranującej, nie daje się ono zastosować w stosunku do triod, a przecież i triody są niekiedy spotykane w stopniach końcowych (np. wzmacniacze niewielkiej mocy z lampami ECC82/12AU7A w przeciwsobnych stopniach końcowych, wzmacniacze z "diabełkami" 6C33C pierwotnie przeznaczonymi do szeregowych stabilizatorów napięcia, czy też różne konstrukcje dla "audiofilów-purystów" z "mumiami" typu 300B; przy czym to pierwsze jest najbardziej interesujące ze względu na zastosowanie popularnych nowalowych podwójnych triod małej mocy, mogących służyć m.in. także jako rozdzielacze czy inwertery fazy; poza tym "audiofile-puryści" raczej zjeżyliby się na samą myśl o wstawieniu tranzystorów w układ wzmacniacza), przez co atrakcyjniejszym byłoby jakieś rozwiązanie bazujące na "biasie" siatek sterujących zamiast ekranujących.
W związku z powyższym, chciałbym zapytać, czy zetknął się już ktoś kiedyś może z tego typu rozwiązaniami, albo wiedział "jak to się robi". Bo być może już ktoś kiedyś coś takiego wymyślił/zaprojektował, i nie warto "wyważać otwartych drzwi" i silić się na coś nowego (przy czym chyba lepsze byłoby coś względnie prostszego i pomysłowego, niż całkowicie zaprojektowany do tego celu specjalistyczny układ, taki jaki robi Bugera). Jakieś proste praktyczne konstrukcje np. z pokrętłem do "wyrównoważania", niewymagające przy tym dodatkowego sprzętu, też nie są złe, ale lepsze byłoby coś "automatycznego"/"bezobsługowego". No chyba że w ogóle nie warto się w to bawić...
natknąłem się na pewną kwestię, która bardzo mnie zaciekawiła, jednakże nie udało mi się znaleźć zbyt wiele informacji na ten temat w sieci ani na forum, więc postanowiłem poruszyć ten temat tutaj. Może to nie najlepiej sformułowany temat, ale nie wiedziałem jak to lepiej ująć w kilku słowach - w dalszym tekście będzie to sprecyzowane, dość obszernie, ale chciałem dokładnie wytłumaczyć o co mi chodziło:
Jak wiadomo, w obecnych czasach dość powszechnie stosuje się praktykę dobierania lamp w pary czy kwartety, i używania takich "dobranych" (ang. "matched") par lub kwartetów lamp, przede wszystkim w przeciwsobnych stopniach końcowych (stopniach mocy) wzmacniaczy, w szczególności gitarowych. Wiadomo – lampy, w szczególności te z obecnej produkcji, wykazują pewien rozrzut parametrów, w związku z czym lampy dobiera się tak, aby ich dana para czy kwartet wykazywały w warunkach "statycznych" (przy braku sygnału) ten sam prąd anodowy przy takim samym napięciu siatki sterującej (tzw. "bias"). Niektóre wzmacniacze posiadają specjalnie przeznaczony do tego celu układ regulacji stałego napięcia podawanego na siatki sterujące lamp mocy ("bias adjuster"), pozwalający na dość efektywne "sparowanie" wcześniej "niedobranych" lamp (czasami zdarzają się nawet tego typu układy dla wygody wyposażone we wskaźniki LED). W przypadku innych wzmacniaczy może być zalecane stosowanie wcześniej dobranych par czy kwartetów lamp, co jak wiadomo może skutkować dodatkowymi kosztami (zakup "dobranych" lamp lub zakup większej ilości lamp w celu ich "dobrania"). Ponadto, nawet uprzednio "sparowane" lampy mogą "rozbiegać się" wskutek procesów starzenia i zużycia. Wynika to oczywiście z różnych kwestii, m.in. "kompromisów" poczynionych w projektach wzmacniaczy, redukcji kosztów, "pogorszenia się" jakości lamp z obecnej produkcji względem lamp produkowanych niegdyś przez Philips’a, Valvo, Telefunken, Mullard’a czy innych (nie chcę tu otwierać dyskusji o tym czy jest to prawda czy nie, albo w jakim stopniu jest to prawda, albo n.t. wyższości jednych producentów nad innymi, w każdym razie można uznać że taki pogląd istnieje, zważywszy na ceny lamp NOS Mullard’a czy innych „audiofilskich” producentów), czy innych względów. Jest to też oczywiście bardziej znaczący problem w przypadku stosowania "sztywnego minusa" (ang. fixed bias) zamiast "automatycznego minusa" (ang. cathode bias), jako że "automatyczny minus" pozwala w pewnym stopniu niwelować efekty związane z "niesparowaniem" czy nierównomiernym starzeniem/zużywaniem się lamp (we wzmacniaczach większej mocy, szczególnie gitarowych, stosowanie "sztywnego minusa" wraz z układami "regulacji biasu" jest dość powszechne).
Oczywiście nie rozwiązuje to kwestii "sparowania" lamp w warunkach "dynamicznych" (przy podawanym sygnale), jako że duża część "testerów" lamp nie umożliwia dokonania pomiarów w takich warunkach – "sparowanie" lamp w warunkach "statycznych" nie gwarantuje ich "sparowania" w rzeczywistych warunkach pracy wzmacniacza. Wymagałoby to "parowania" z pomocą eksperymentalnego wyznaczania charakterystyk każdej z lamp, co raczej nie jest praktykowane, w dodatku wymagałoby posiadania dość specjalistycznego sprzętu. W tym temacie jednakże ta kwestia raczej nie będzie poruszana, zważywszy na fakt iż komercyjnie dostępne "dobrane" pary czy kwartety lamp mocy są "dobrane" raczej jedynie pod kątem "biasu" (w warunkach "statycznych"), i taki stopień "sparowania" uważa się dość powszechnie jako zadowalający, w związku z czym dyskusję w tym temacie ograniczyłbym zasadniczo jedynie do osiągnięcia podobnego poziomu "sparowania" lamp, ignorując tu "sparowanie w warunkach dynamicznych".
W związku z powyższym, możliwość "wkomponowania" we wzmacniacz układu "automatycznego parowania" lamp, eliminującego potrzebę "regulacji biasu" czy też stosowania "dobranych" zestawów lamp, bez pogorszenia innych parametrów wzmacniacza, byłoby dość atrakcyjna. Tak więc zasadniczym celem byłoby tu uzyskanie "zbalansowanej" pracy wzmacniacza przy zastosowaniu "niedobranych" ("niezbalansowanych") lamp. Coś takiego jest czasem spotykane, chyba najbardziej znanym przykładem są wzmacniacze gitarowe firmy Bugera wyposażone w technologię "Bugera INFINIUM Tube Life Multiplier Technology", które obejmuje system monitorujący stan lamp wzmacniacza mocy, wyświetlający stosowną informację za pomocą diod umieszczonych z tyłu urządzenia, oraz pewien układ niezależnego automatycznego doboru punktów pracy lamp mocy, zaawansowany na tyle, iż Bugera chwali się że można dzięki niemu zaniedbać dobór lamp mocy w dublety czy kwartety, zaniedbać regulację biasu, wymieniać pojedyncze lampy mocy, a nawet stosować jako lampy mocy zamiennie w zasadzie dowolne lampy spośród różnych wersji 6L6, EL34, 5881 i 6550, i to w zasadzie mieszając je w dowolnej kombinacji (!). Poza dostępnymi materiałami promocyjno-marketingowymi, i trudno jest jednak znaleźć jakiekolwiek rzetelne informacje czy schematy, ukazujące w jaki sposób zostało to w rzeczywistości praktycznie rozwiązane (można co najwyżej znaleźć w sieci zdjęcie układu o nazwie "Bugera Q05-00000-62102 Tube CTL1 PCB assembly for 333 XL Infinium", który jest najprawdopodobniej właśnie układem o tych funkcjach; rozwiązanie zapewne dość ciekawe, i mogłoby być bardzo pouczające, niestety nie udało mi się znaleźć jakichkolwiek względnie fachowych treści na ten temat, np. jakiś patentów opisujących to rozwiązanie; poza tym bardziej interesowałoby mnie tu "automatyczne parowanie" lamp tego samego typu niż "parowanie" kombinacji różnych lamp typów EL34 i 6L6, choć oczywiście takie rozwiązanie też jest bardzo praktyczne i pomysłowe).
Problem "automatycznego parowania" lamp dotyczy oczywiście głównie przeciwsobnych stopni końcowych wzmacniaczy audio, choć może też w pewnym stopniu dotyczyć m.in. rozdzielaczy fazy opartych np. o chyba najpopularniejsze lampy ECC83/12AX7A, jako że obie części triodowe tych lamp mogą być "niesparowane" czy też mogą starzeć/zużywać się nierównomiernie. Dodatkowo, jest to znacznie poważniejszy problem w przypadku nieprodukowanych już typów lamp, takich jak m.in. ECL82 i ECL86 – w przypadku popularnych lamp audio, takich jak 6L6GC/6П3C, 6V6GT/6П6C, EL84/6BQ5/6П14П, EL34/6CA7, 5881, 6550/KT90 można po prostu zakupić "dobrany" zestaw lamp, natomiast zdobycie np. "dobranej pary" lamp ECL86 czy też zdobycie większej liczby lamp ECL86 w celu ich "sparowania" nie jest już wcale takie łatwe, czy wręcz może być niemożliwe.
Jedyne konkretnie opisane tego typu rozwiązanie udało mi się znaleźć w publikacji/książce C. R. Couch, Designing Vacuum Tube Amplifiers and Related Topics, Eureka, California, 2009.
Opiera się ono, tak jak w wielu innych przypadkach, na zastosowaniu układu sprzężenia zwrotnego, obejmującego lampy końcowe (mocy) wzmacniacza wraz z (raczej niezbyt kosztownymi) wysokonapięciowymi tranzystorami mocy, i pozwala na "automatyczne balansowanie się" lamp mocy. Zamieszczam opis działania (opis za oryg. publ.: C. R. Couch, Designing Vacuum Tube Amplifiers and Related Topics, Eureka, California, 2009; jak w oryginale po angielsku, nie tłumaczyłem, żeby czegoś nie przekręcić i nie wprowadzać nieporozumień):
"The control grid must have a negative bias that exceeds the peak input signal voltage (...). If the input signal level exceeds the control grid bias voltage, severe distortion will result and positive grid current will flow, affecting the long–term reliability of the tube; a 12 Ω resistor has been added, in series with the cathode resistance. This resistor will establish the plate current through the tube; the current will be about 50 mA. The transistor added to the circuit controls the current flow through the screen grid bias resistor. If the current increases, the voltage drop across the resistor will lower the screen bias voltage, if the current decreases then the screen voltage will increase. Altering the screen grid voltage will cause the plate current flow to change. The amount of current that the transistor allows to flow through the screen resistor is dependant upon the plate current flowing through the 12 Ω resistor in the cathode circuit. The transistor starts to turn 'on' when the current flow through the 12 Ω resistor causes the voltage to be 600 mV. If the plate current causes a greater voltage drop, the transistor will cause more current to flow through the screen resistor, thus reducing the screen voltage and diminishing the plate current. The 'system' is a closed feedback loop, each element affecting the next, stability is achieved when the voltage drop across the 12 Ω resistor is just adequate to 'turn on' the transistor (about 600 mV); (...) provided that the circuit is properly implemented – both capacitors shown must be included – no problem will be experienced. The loop bandwidth is very low; it has a very slow response time so normal audio signals are unaffected (...). Here’s the implementation in a conventional push–pull amplifier output stage. A stage that includes these feedback loops will not require matched output tubes (...). Note that the above schematic is an example of the bias feedback technique described – it’s not intended to be a functional circuit to be copied and used in any arbitrarily selected amplifier. Solid–state design is a complex process (...). There are serious thermal and reliability considerations associated with this circuit that need to be taken into account as well as considerations of loop stability (...). The point of this particular discussion is that shortcomings of current vacuum tube technology could be alleviated by solid –state devices. This isn’t recommended for experimenters without knowledge of solid–state design."
Niestety, jak sam autor publikacji dodał, to jest raczej ogólny schemat samej idei takiego postępowania, a nie praktyczne rozwiązanie (w oryg.: "above schematic is an example of the bias feedback technique described – it’s not intended to be a functional circuit to be copied and used in any arbitrarily selected amplifier"). Co więcej, przedstawione wyżej rozwiązanie nie jest aż takie ogólne, stosuje się do tetrod strumieniowych (wiązkowych) i pentod, gdyż, z braku siatki ekranującej, nie daje się ono zastosować w stosunku do triod, a przecież i triody są niekiedy spotykane w stopniach końcowych (np. wzmacniacze niewielkiej mocy z lampami ECC82/12AU7A w przeciwsobnych stopniach końcowych, wzmacniacze z "diabełkami" 6C33C pierwotnie przeznaczonymi do szeregowych stabilizatorów napięcia, czy też różne konstrukcje dla "audiofilów-purystów" z "mumiami" typu 300B; przy czym to pierwsze jest najbardziej interesujące ze względu na zastosowanie popularnych nowalowych podwójnych triod małej mocy, mogących służyć m.in. także jako rozdzielacze czy inwertery fazy; poza tym "audiofile-puryści" raczej zjeżyliby się na samą myśl o wstawieniu tranzystorów w układ wzmacniacza), przez co atrakcyjniejszym byłoby jakieś rozwiązanie bazujące na "biasie" siatek sterujących zamiast ekranujących.
W związku z powyższym, chciałbym zapytać, czy zetknął się już ktoś kiedyś może z tego typu rozwiązaniami, albo wiedział "jak to się robi". Bo być może już ktoś kiedyś coś takiego wymyślił/zaprojektował, i nie warto "wyważać otwartych drzwi" i silić się na coś nowego (przy czym chyba lepsze byłoby coś względnie prostszego i pomysłowego, niż całkowicie zaprojektowany do tego celu specjalistyczny układ, taki jaki robi Bugera). Jakieś proste praktyczne konstrukcje np. z pokrętłem do "wyrównoważania", niewymagające przy tym dodatkowego sprzętu, też nie są złe, ale lepsze byłoby coś "automatycznego"/"bezobsługowego". No chyba że w ogóle nie warto się w to bawić...