Двухтактный усилитель с SIPP выходным каскадом. Часть 1 – “Первоисточники”

Первое известное упоминание о SIPP (Self Inverted Push Pull) выходном каскаде можно найти в патенте 1938 года. Собственно, идея логична и (вроде как) проста – зачем добавлять в двухтактный усилитель еще один (фазоинверторный) каскад, когда можно особым образом “доработать” выходной каскад? Дальнейшее развитие идеи можно найти в патенте 1941 года. И, наконец первая более-менее широко известная практическая реализация идеи была опубликована в июне 1961 года. (“Compact Hi-Fi Power Amplifier” Melvin Leibowitz, Electronics World, June 1961)

Вот схема усилителя из этой статьи –

Если память мне не изменяет, эта (или очень похожая) 🙂 схема была напечатана в одном из номеров журнала “Радио”.

Собственно, “фишка” в том, что в качестве выходных ламп применены именно тетроды-пентоды, то есть лампы с высоким внутренним сопротивлением. Это значит, что нижняя по схеме лампа фактически работает как управляемый источник тока, что и обеспечивает хорошую симметрию сигнала на выходе двухтактного каскада. В свою очередь, это значит что с триодами такой “фокус” напрямую не cработает, симметричного усиления сигнала (вроде как) не получится.

Вот вариант “промышленного” применения такого каскада в одной из радиол Phillips. Обратите внимание на очень остроумную схему подачи напряжения смещения на сетки выходных ламп и на использование вторичной обмотки выходного трансформатора для организации местной ОС.

Шли годы. И вот, в 2007 году некто Bruce Heran опубликовал вот такую схему –

Примерно в то же время John Broskie в своем tube CAD блоге довольно подробно разобрал эту схему “по частям”. Лампы выходного каскада в ультралинейном включении, динамическое внутренее сопротивление ламп в таком включении существенно ниже, чем в тетродном (пентодном) включении, поэтому для лучшей симметрии каскада в качестве элемента смещения, задающего рабочий режим применен источник тока. Из очевидных недостатков – применение источника тока на интегральном стабилизаторе напряжения LM317 ограничивает возможность применения других выходных ламп, требующих большего напряжения смещения (максимальное допустимое напряжение между входом и выходом LM317 = 37V), источник тока на LM317 перестает быть таковым, если падение напряжения на нем меньше примерно 3V, плюс его динамическое внутренее сопротивление сильно падает с ростом частоты, то есть – с ростом амплитуды входного сигнала и в области высоких частот симметрия каскада существенно ухудшается. При этом характерными особенностями двухтактного SI каскада на теродах (пентодах) с объединенными катодами и источником тока являются – высокое (от нескольких десятков до нескольких сотен ом (в зависимости от примененных ламп и типа их включения)) выходное сопротивление, примерно в два раза (по сравнению с “традиционным” каскадом) меньший коэффициент усиления, примерно в два раза большее требуемое напряжение для полной “раскачки” и работа каскада в “чистом” классе А.

Немного более подробно о последних двух особенностях. Первая сетка “нижней” лампы присоединена на сигнальный “общий”. Динамическое внутреннее сопротивление источника тока очень велико, можно считать что напряжение сигнала через него (почти) не “утекает” на общий. Следовательно, сигнал подается не между сеткой и катодом каждой из ламп, как в обычном каскаде, а между сетками верхней и нижней ламп, то есть для полной “раскачки” требуется сигнал с амплитудой, примерно равной удвоенному значению напряжения смещения. “Чистый” класс А работы каскада получается “автоматически” – так как катоды ламп объединены, а ток “верхней” лампы управляет током “нижней”, то ситуация, когда одна лампа уже закрыта, а вторая все еще продолжает окрываться – невозможна – то есть ток, потребляемый каскадом постоянен и только пропорционально перераспределяется между лампами. Соответственно, в качестве “бонуса” получаем самый что ни на есть “правильный” аудиофильский режим выходного каскада 🙂

Вот еще один вариант схемы – с “длинным хвостом”. В этой схеме отсутствуют межкаскадный конденсатор и источник тока (что хорошо), но требуется повышенное (примерно на 100V) напряжение источника питания.

И еще один вариант схемы усилителя с SIPP выходным каскадом от известного российского разработчика. Схема взята с общедоступного форума, copyright (с) соблюден 🙂

Что я могу сказать – очень интересная схема. Во-первых, выходной каскад выполнен на триодах, что позволяет получить более-менее низкое выходное сопротивление усилителя. Во-вторых, вместо LM317 применен лучший по характеристикам источник тока на полевом транзисторе. В-третьих – как и в усилителе от Bruce Heran, входной каскад выполнен по схеме SRPP, что позволяет с минимальной настройкой добиться близкой к максимально возможной амплитуды сигнального напряжения на сетках выходных ламп. Для лучшей стабильности и меньшего тепловыделения на транзисторе в источнике тока применен “задающий” резистор довольно большого номинала.

Можно ли улучшить эту схему? Да, можно. Но об этом – чуть позже. 🙂

Апрель 2022 г.Владивосток

3 thoughts on “Двухтактный усилитель с SIPP выходным каскадом. Часть 1 – “Первоисточники”

  1. Здравствуйте, Виктор!
    Ждемсъ с нетерпением схему автора! 🙂
    С уважением,
    Николай

  2. Тут просто все. С переходом от триодов к пентодам (через ультралиней) растет влияние анода на катод (проницаемость) и потому растет выходное сопротивление каскада со стороны катода. Поэтому хвосту нужно все большее сопротивление, чтобы не образовывать делитель с сопротивлением каскада со стороны катода. В случае бесконечной нагрузки в анодах токи лам постоянны и на хвосте вообще не выделится никакого напряжения – т.е. нечего будет подавать на сетку ведомой лампы

    И все равно в пентодах, если стабилить экр сетки отн земли, добиться идеальной симметрии невозможно. Надо стабилить отн катода! Подробнее об этом – тут http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=81779

    По схеме, где в катоды включена вторичка – там на ведущую лампу подается ООС, а на ведомую – ПОС, получается такой стабилизатор тока – со стороны катода и со стороны вторички напряжения равны (близки) и ток с катодов не утекает

    Но я зарекся использовать подобные селфсплиты – при превышении мощности происходит резкая отсечка тока одного плеча, и второе тоже отсекается (обрыв катода), хотя оно и могло еще качнуть мощи, зайдя в кл АВ. А селфсплит – только А

    • Добрый день.

      На мой взгляд, сейчас основной смысл SIPP может быть не в том, чтобы сделать “очень простой двухтактный усилитель на лампах”, а в том, чтобы сделать усилитель со взуком, очень похожим на однотакт, но с большей выходной мощностью и с более “доступным” 🙂 выходным трансформатором.
      С этой точки зрения работа выходного каскада в “чистом” классе А это не “bug”, а скорее ценная “feature” 🙂

      С Уважением,
      Виктор

Leave a Reply

Your email address will not be published.