Az elektroncsövek és a kapcsolástechnika megválasztásának szempontjai a
Csőbarlang filozófiája szerint:
Az elektroncsövek és az alkalmazni kívánt
kapcsolástechnika megválasztása az egyéni ízléstől, elsősorban a
hallgatni kívánt zenétől függ.
Sok fórumon vitatkoztak már azon, hogy egyrácsos (trióda) vagy többrácsos
(tetróda illetve pentóda) csövekkel, PP (push-pull, azaz ellenütemű) vagy
az SE (single ended, vagyis együtemű) kapcsolástechnikával lehet jobb
eredményeket elérni. Természetesen az életben semmi nem fekete vagy fehér,
akármit választunk, annak lesznek előnyei és hátrányai. Az alábbiakban
megpróbáltuk összeszedni azokat az érveket, amelyek a különböző változatok
mellett/ellen szólnak.
A különböző elektroncsövek (trióda/tetróda/pentóda) közötti
különbségek:
A legegyszerűbb erősítő cső, a TRIÓDA számos előnnyel
rendelkezik a TETRÓDA/PENTÓDA csövekkel szemben:
· A trióda rendkívül lineáris! Mind a mai napig nem
létezik egyetlen erősítő elem sem, amelyik a triódánál
lineárisabb karakterisztikájú lenne! Nem kívánunk most itt komolyabb elméleti
boncolgatásokba kezdeni, aki a részletekbe is betekintést szeretne kapni,
áttanulmányozhatja a vonatkozó szakirodalmat. Azt viszont fontos megemlíteni,
hogy a hengeres felépítésű trióda elméleti karakterisztikája
közelítően lineáris, vagyis a kimenő feszültség (anód feszültség) a
bemenőnek (rács feszültség) jó közelítéssel elsőfokú matematikai
függvénye. (A precíz matematikai leíró egyenletben 3/2-es hatványfüggvény
szerepel, és ráadásul nem az anódfeszültséget írja le, hanem az anódáramot.
Annyi következtetés mindenesetre levonható, hogy ez csak csekély mértékben tér
el a lineáris összefüggéstől.) Persze a gyakorlatban az
egyszerűbb kivitelezhetőség érdekében nem hengeres, hanem többnyire
sík anódú triódákat gyártanak, és bizonyos másodlagos jelenségek miatt a
jelleggörbe sosem tökéletesen egyenes, de mégis jó érzés tudni, hogy a transzfer
karakterisztika jó közelítéssel lineáris. A bipoláris tranzisztorok elvi
karakterisztikája exponenciális, a FET-nél másodfokú de még a tetróda/pentóda
csövek esetén is kevésbé lineáris, mint triódáknál. Az erősített jel annál
több harmonikust tartalmaz, minél magasabb az erősítő eszköz leíró
egyenletében a hatványkitevő. Végeredményben kimondhatjuk, hogy a trióda a
legkisebb harmonikus torzítású aktív erősítő elem – persze ügyelni kell arra, hogy egy rosszul
méretezett kimenő transzformátor felhasználásával ezt el ne rontsuk. A
gyakorlatban az egyik leglineárisabb cső a Western Electric által a ’30-as
években kifejlesztett és a mai napig gyártott 300B trióda, amelynek harmonikus
torzítása a clipping point-ot elérő max. 10 W kimenő teljesítménynél
5% (gyári katalógusadat Single Ended beállítás esetén). A közismert EL34
pentóda Single Ended módban 11 W teljesítménynél (clipping point) már 10%
torzítást termel (Mullard katalógusadat). Ez a 10% sajnos ráadásul
jórészt harmadrendű torzítás, szemben a trióda másodrendű
torzításával, amit fülünk sokkal jobban tolerál. FET-tel, bipoláris
tranzisztorral nemigen érhető el 20%-nál alacsonyabb torzítás SE üzemben,
ezért nem is szokás ezekkel az eszközökkel SE erősítőt építeni. Ne
tévesszen meg senkit az, hogy a félvezetőkkel megépített
erősítők harmonikus torzítása a gyakorlatban nagyon kicsi, akár 0.01%
is lehet! Ezt bizony csak kapcsolási trükkökkel, vagyis nagyon erős
negatív visszacsatolással lehet elérni. Az erős negatív visszacsatolást
pedig hangképet rontó hatásai miatt nagyon nem szeretjük. (mármint a fülünk) A
trióda az 5% körüli torzítását mindenféle negatív visszacsatolásos trükk nélkül
tudja!
A 300B trióda jelleggörbéire érdemes egy pillantást vetni: Az avatatlan
szemnek is feltűnik, hogy ez leginkább egy olyan ellenállásra emlékeztet,
amit ide-oda tologathatunk a vízszintes egyenes mentén, a vezérlőrácsra
adott előfeszültséggel:
· A triódának kicsi a kimenő
ellenállása! Egy erősítő alacsony kimenő ellenállása a
jó hangzás érdekében nagyon fontos. Tudvalevő, hogy nagyimpedanciás
meghajtás esetén a mélysugárzó hangszóró az alsó rezonancia frekvenciája körüli
frekvenciasávot hajlamos kiemelni, ezáltal a hangképet jelentősen
torzítani. (a basszusok belengenek) Előnyös, ha kis elektromos impedancia
hajtja meg a hangszórót, mert ekkor a mechanikai rendszer körjósága leromlik, a
kiemelés mérséklődik. A trióda elektromos helyettesítő képe egy olyan
Rb belső ellenállású vezérelt feszültséggenerátor, amely a
bemenő feszültség μ-szörösét adja le a kimenő kapcsain (μ a
trióda erősítési tényezője). A pentóda/tetróda helyettesítő képe
elvileg egy „S” meredekségű áramgenerátor, amelynek impedanciája elvileg
végtelen.(a gyakorlatban nem végtelen, de meglehetősen nagy érték, kisebb
pentódáknál pl. 1 Megohm feletti!) Egy
tipikus végerősítő trióda (300B) belső ellenállása 700 Ohm
körüli, egy végpentóda (EL34) pedig katalógus szerint 38 kOhm belső
ellenállású. Ez durván 50-szeres különbség, ami azt eredményezi, hogy a
pentóda/tetróda nemigen képes negatív visszacsatolás nélkül elfogadható
mértékű hangszóró csillapítást adni, a trióda viszont igen.
· A trióda gyönyörűűű! Ez
talán nevetségesnek ható érv, de mi még csúnya triódával nemigen találkoztunk.
A pentódák/tetródák közt viszont akadnak kevéssé vonzó külsejűek is.
Tekintve, hogy manapság az erősítőgyártók nagy része
látványerősítőket épít, amelyeknél a burkolatlan szerelés miatt a
csövek megjelenési formája a design szerves részét képezi, a csövek esztétikus
megjelenésének nagy jelentősége van.
A TRIÓDA hátrányai ezzel szemben:
· Rosszabb a hatásfoka, vagyis
a tápegység energiájának kisebb hányadát juttatja a hangszóróra hasznos
teljesítmény formájában. Tisztán A osztályú üzemet feltételezve a trióda
hatásfoka 25% körüli, a tetróda/pentóda hatásfoka viszont a gyakorlatban kb.
40%, ezzel jól megközelíti az elméletileg lehetséges maximálisan 50%-ot. Kijelenthetjük,
hogy ez a legfontosabb oka annak, hogy a ’60-as évek végére a triódák
kiszorultak a végfokozatokból. Mára azonban az audiofil közönség rájött, hogy a
villanyszámlán talán nem kellene annyira spórolni, ha a hangzáskultúrát
fontosnak tartjuk. Az, hogy egy erősítő 150 helyett mondjuk 250 W-ot
fogyaszt a hálózatból, ne legyen szempont, ha a hangzáshűség a tét!
· A trióda kivezérléséhez
nagyobb meghajtó feszültség szükséges, mint amit a pentóda/tetróda igényel. Ez
azonban komolyabb nehézséget általában nem okoz, eggyel több megható fokozat
beépítésével a feladat többnyire megoldható. Sokszor még erre sincs szükség,
mert a trióda a kisebb torzítása miatt kisebb negatív visszacsatolással beéri,
mint a pentóda. A 300B kis torzítása lehetővé teszi, hogy egyáltalán ne
kelljen negatív visszacsatolást alkalmazni, márpedig a kisebb negatív
visszacsatolás kevésbé csökkenti az erősítést is. Ilyenkor egy
kettőstriódával vagy egy pentódával – tehát egyetlen csővel -
könnyedén meghajtható a végfokozat.
· Nagyfrekvenciás (1 MHz
feletti) alkalmazásoknál hátrány, hogy a cső belső kapacitásai nagyok
az árnyékoló rácsot tartalmazó tetródákhoz/pentódákhoz képest. De manapság már
általában hangfrekvenciás erősítőt építenek a triódákkal és nem
rádióadót, innen kezdve tehát ennek nincs túlzott jelentősége. Ha a trióda
végcsövet kis kimenő impedanciájú trióda előcsővel hajtjuk meg,
a bemenő kapacitás nem okozhat gondot.
Az arany? középút a TRIÓDA és a PENTÓDA között a
SUGÁRTETRÓDA.
A sugártetróda az amerikai RCA cég (a híres 6L6 cső kifejlesztője) remek ötletének köszönhetően kissé másképp
működik, mint a többi elektroncső. A katódból induló, anód felé tartó
elektronáram útja során nyalábolódik, fókuszálódik. (Emiatt
kapta a “beam tetrode” azaz sugártetróda elnevezést) A vezérlőrács (g1) és a segédrács (g2) azonos menetemelkedésűek, és ezen
túlmenően még úgy is vannak elhelyezve, hogy a segédrács a
vezérlőrács meneteinek árnyékába kerüljön. Ezzel az elrendezéssel a
pentóda konstrukciójú csövekhez képest lényegesen alacsonyabb segédrácsáram
érhető el. Míg egy hagyományos pentóda segédrácsárama az anódáram 20%-a
körül alakul, egy sugártetróda esetén a segédrácsáram csupán az anódáram
5-10%-a. A sugárnyaláb kialakítására szolgáló, negatív potenciálra kötött terelő
lemezek (beam plates) meggátolják az elektronáramlást a csőnek azon
a részén, ahol a rácshálót tartó rudak miatt nem lehetne tökéletes a nyaláb
fókuszáltsága.
Az alacsonyabb segédrácsáramon, tehát jobb hatásfokon túlmenően hangerősítő kapcsolásokban a sugártetróda a pentódával szemben egyéb előnnyel is rendelkezik. A sugártetróda a triódához hasonlóan alapvetően csupán másodrendű torzítási termékeket produkál, míg a pentódák emellett jelentős mennyiségű harmadrendű torzítási komponenst is termelnek. Ellenütemű kapcsolásban a páros harmonikusok a szimmetrikus kimenő transzformátorban kioltják egymást, így végeredményben sugártetróda alkalmazása esetén a pentódás erősítőkhöz képest alacsonyabb torzítású, kellemesebb, triódaszerűbb hangot kapunk.
A következő táblázatban a
hangerősítő végfokozatokban legáltalánosabban használt
végerősítő pentóda és sugártetróda csövek adatait hasonlítottuk
össze:
cső
tipusa |
Ua (V) |
Ug2(V) |
Iamin(mA) |
Iamax(mA) |
Ig2min(mA) |
Ig2max(mA) |
Ra-a
(kOhm) |
Pout(W) |
Pdmax(W) (1 csőre) |
D(%) |
rendszer |
EL84 |
250 |
250 |
62 |
75 |
7 |
15 |
8.0 |
11 |
12 |
3.0 |
pentóda |
EL34 |
375 |
375 |
150 |
175 |
23 |
32 |
3.4 |
25 |
25 |
3.2 |
pentóda |
6L6GC |
400 |
300 |
112 |
128 |
7 |
16 |
6.6 |
32 |
30 |
2.0 |
sugártetróda |
KT88 (6550) |
400 |
310 |
170 |
185 |
10 |
25 |
5.0 |
40 |
40 |
0.7 |
sugártetróda |
Megjegyzés: A
táblázatban szereplő adatok a csövek gyári katalógusaiból vett értékek. Az
anódáram és segédrácsáram adatok a csőpárra együttesen vonatkoznak. A fair
összehasonlíthatóság érdekében valamennyi csőnél automatikus
előfeszültségű (cathode bias) beállítást választottunk fix
segédrácsfeszültségű beállításban (ultralineár megoldás
mellőzésével). Mivel az egyes csőtípusok anóddisszipációs
teljesítményei különbözőek, a táblázatban azokat a beállítási variációkat
szerepeltettük, amelyeknél a kimenő teljesítmény kb. azonos a végcső
max. megengedett disszipációs teljesítményével. (vagyis az „A” osztályhoz
közeli a működés, az egyes beállítások üzemi hatásfoka nagyjából
megegyezik)
A
táblázat adatai önmagukért beszélnek: A sugártetródák torzítása
egyértelműen kedvezőbb, és ezen túlmenően alacsonyabb a
segédrács áramuk is.
(A
KT88 40W kimenő teljesítmény mellett is kisebb segédrács áramot igényel,
mint az EL34 25W kimenő teljesítménynél!)
Az együtemű (Single Ended) és ellenütemű (Push-Pull)
erősítők közötti különbségek:
Az együtemű
(Single Ended) és ellenütemű (Push-Pull) működésmód közötti
különbséget ismertnek tételezzük fel, itt nem részletezzük.
Véleményünk szerint a
jól megépített SE erősítő hangminősége felülmúlja a PP
kapcsolásokat, de ez nem jelenti azt, hogy nem lehet jó PP erősítőket
építeni. Felhívjuk a figyelmet, hogy az egyszerű kapcsolástechnika
ellenére semmivel nem könnyebb egy jó SE erősítőt megépíteni, mint
egy PP kapcsolásút! SE erősítőknél a legkisebb árnyékolási elégtelenség,
tápegység vagy fűtőfeszültség szűretlenség azonnal hallható
brumm formájában jelentkezik. Cserébe ugyanakkor nem kell ügyelni a tökéletes
fázisfordításra. Azért sem egészen méltányos a kétfajta kapcsolástechnika
összehasonlítása, mert SE erősítőből csak A osztályút lehet
építeni, a PP kapcsolás pedig lehetővé teszi „energiatakarékos” de
ugyanakkor nagyobb harmadrendű torzítással járó AB vagy B osztályú
munkapont beállítását is. Nyilvánvaló, hogy A osztályú beállítás esetén a PP
kapcsolás is jobban szól. Kár, hogy kevesen elég bátrak ahhoz, hogy lemondjanak
az AB osztállyal elérhető többlet-wattokról, és az energiapazarló, de
gyönyörűen zenélő A osztályú beállítást válasszák ellenütemű
erősítőjükben.
A vitát természetesen
nem akarjuk eldönteni. Az azonban leszögezhető, hogy akinek fontos a
csöves viszonylatban relatíve nagy (20 Wattot meghaladó) kimenő
teljesítmény, az általában a PP kapcsolástechnikájú pentódás/sugártetródás
kapcsolást választja.
Ha a nagyobb elérhető teljesítmény
ígéretében úgy döntünk, hogy PP erősítőt építünk/vásárlunk, akkor se
feledjük, hogy
|
nem érdemes a mennyiségnek a minőségeT
alárendelni! Sohase áldozzuk
fel a teljesítmény oltárán a szép hangzást! |
|
Összegezés:
A fentiek szellemében egy csöves
erősítő építése/vásárlása esetén javasoljuk az alábbi két szempont
figyelembe vételét, amelyeket a Csőbarlangban forgalmazott
erősítők kiválasztásakor is mindig szem előtt tartunk:
1. Ha lehet,
mellőzzük a pentódák használatát! Használjuk ki, hogy az RCA cégnek Amerikában
a 30’-as évek vége felé jelentős kutatási munkával sikerült kifejlesztenie
a sugártetróda végerősítő csövet, ezt a nagyon szellemes, a
pentódákhoz képest több szempontból előnyös konstrukciót. Természetesen a
legeslegjobb, ha triódát választunk.
2. Ne akarjunk nagyobb
kimenő teljesítményt elérni, mint az adott végerősítő cső
katalógus szerinti megengedett maximális anód disszipációs teljesítménye. A közismert EL34 esetén ez 25W, a 6L6GB (a 6P3C ennek az orosz megfelelője) esetén 20W, a 6L6GC esetén 30W, KT88 vagy 6550 esetén pedig 40W.
Gondolom, hogy ezekkel az alacsonynak tűnő teljesítmény értékekkel
egyeseknek sikerült most meglepetést okozni. Ha ezt a szabályt betartjuk, akkor
a csövek munkapontja közel lesz az A osztályú beállításhoz. Ennél nagyobb
teljesítmény csak úgy érhető el, ha félperiódusonként az egyik végcső
hosszabb-rövidebb időtartamra lezár, így a csövek egyre inkább B osztályú
beállításban fognak működni. Ez pedig ha akarjuk, ha nem, a
hangminőség rovására megy. Szélsőséges példaként megemlítem, hogy
egyes régi BEAG erősítőkben a szerencsétlen EL34 csőpárral 800V
anódfeszültség mellett 100W kimenő teljesítményt is sikerült elérni. Az
ilyen csőnyúzó beállítás egyik nagy hátránya, hogy a csövek “korán
halnak”, mindemellett nagy impedanciás kimenő trafó kell, amit nehezebb
jól elkészíteni, és ami még rosszabb: az erősítő csúnyán,
jelentős torzítással szól. Ha a fent említett teljesítmény korlátozást,
mint ökölszabályt betartjuk, akkor jó esélyünk van rá, hogy az erősítőnk
már nem fog rosszabban szólni, mint egy tranzisztoros. (Természetesen ez csak
egy szükséges, de nem elégséges feltétel, számos más konstrukciós vagy
kivitelezési hibát el lehet még követni.)
További információkkal telefonon vagy e-mailben
szívesen állunk rendelkezésre: 06/70 3324257