Odwracacze fazy
Ostatnia aktualizacja : 05-02-09
W końcowym stopniu mocy, pracującym w układzie przeciwsobnym, konieczne jest
dostarczenie do siatek sterujących lamp wyjściowych sygnału o
tej samej wartości amplitudy, ale o fazach przesuniętych o 180 stopni. Zadanie to realizuje układ zwany inwerterem czyli
odwracaczem fazy. Każdy z opisanych układów charakteryzuje
się specyficznymi właściwościami.
Na kolejnych rysunkach, oprócz
układów nie spotykanych we wzmacniaczach gitarowych, przedstawione są schematy podstawowe najczęściej
stosowanych inwerterów, oraz ich praktyczne obwody z
zastosowaniem kilku popularnych podwójnych triod małej mocy.
W swej najprostszej formie - Rys. 1
- był to odpowiedni transformator
z pojedynczym uzwojeniem pierwotnym
oraz wtórnym, posiadającym wyprowadzony środek, przyłączony do
masy sygnałowej układu. W przypadku pracy lamp końcowych bez
prądu siatek, transformator ten miał przekładnię zwykle
podwyższającą lub 1:1, a w przypadku pracy z prądem siatek
sterujących, ze zrozumiałych
względów, przekładnię obniżającą. Dzięki takiej
konfiguracji uzyskiwano na końcach uzwojenia wtórnego
pożądany efekt.
| Rys.1 |
 |
Z czasem zaczęto stosować
specjalne lampy z emisją wtórną - Rys. 2,
które dziś mają znaczenie historyczne.
| Rys.2 |
 |
Przedstawione poniżej inwertery charakteryzują się bardzo niskimi
zniekształceniami nieliniowymi. Stosowany raczej w konstrukcjach Hi-Fi układ
kaskodowy - jego
"skrzyżowaną" odmianę z wykorzystaniem stopni SRPP (SRPP - sterowany szeregowo układ
przeciwsobny) - przedstawia Rys. 3a, zaś z
wtórnikami katodowymi - Rys. 3b, c (cross coupled, Van Scoyoc
inverter). Jakkolwiek układ z Rys. 3c nie jest typowo
"gitarowy", to może jednak znaleźć zastosowanie we wzmacniaczu do
gitary basowej o dużej mocy, gdzie potrzebne jest bezpośrednie wysterowanie np.
6-12 lamp 6L6, KT88, 6550.
| Rys.3a |
 |
| Rys.3b |
 |
| Rys.3c
|
 |
Podobnie jak w układach Hi-Fi, stosuje się także inwerter zbudowany na dwóch
wzmacniaczach operacyjnych, sterujących
zwykłe triodowe stopnie wzmacniające. Najprostsza wersja - Rys.
4a.
| Rys.4a |
 |
Na
Rys. 4b
przedstawiony jest ciekawy układ inwertera , w którym lampy mocy
sterowane są nie tradycyjnie poprzez siatki sterujące, ale poprzez katody.
Lampy
mocy pracują w konfiguracji często stosowanej w
technice w. cz. - z uziemioną dla przebiegów zmiennych siatką S1. Ten układ dość często stosowała f-ma Music Man w całej gamie
wzmacniaczy gitarowych.
| Rys.4b |
 |
Na Rys. 4c przedstawiony jest interesujący układ inwertera na wzmacniaczach
operacyjnych, ale o wejściu symetrycznym XLR, mogący znaleźć zastosowanie w
konstrukcjach Hi-Fi. Także wyjście głośnikowe jest
"symetryczne" - żadna z końcówek uzwojenia wtórnego nie jest
uziemiona, natomiast z obydwu pobierany jest sygnał zwrotny do pętli ujemnego
sprzężenia zwrotnego. Wejście niesymetryczne uzyskuje się poprzez zwarcie do
masy końcówki L lub R. Lampy mocy EL34 pracują w konfiguracji ULTRALINEAR i w
klasie A. Wzmacniacz charakteryzuje się dobrymi parametrami i małymi zniekształceniami,
szczególnie wtedy, gdy zamiast ECC83 zastosujemy ECC82, ECC81 lub 12BH7, 6SL7.
Jako wzmacniaczy
operacyjnych można użyć 5532 lub 5534.
| Rys.4c |
 |
Inne niezwykłe rozwiązanie pokazane jest na Rys. 4d.
Zastosowane tu
wzmacniacze operacyjne wraz z tranzystorami bipolarnymi tworzą układy
przetworników napięcie-prąd. Rzuca się w oczy brak pośredniczących stopni
triodowych.
|
Rys.4d |
 |
Nie mniej ciekawy układ odwracacza opartego o wysokonapięciowe tranzystory
bipolarne przedstawia Rys. 4e. Jak nie trudno zauważyć, jest on półprzewodnikowym
odpowiednikiem parafazowego odwracacza o sprzężeniu - tym razem - emiterowym.
Tranzystory BF459 wytrzymują napięcie kolektor-emiter do 300V, i mają
moc
strat 20W. Potencjometr PR 47k służy do dokładnego zrównoważenia dla składowej
zmiennej. Wydaje się, że ten układ może być niezłą alternatywą w przypadku
konieczności "oszczędzania" na lampach.
|
Rys.4e
|
 |
Gitarowe wzmacniacze Deuce/Mace(VT Series) f-my Peavey także zawierały układ odwracacza na wysokonapięciowych tranzystorach bipolarnych. Ze względu
na znacznie niższą impedancję wyjściową stopni tranzystorowych, sztucznie ją powiększono przez zastosowanie 47k rezystorów blokujących siatki sterujące
sześciu lamp wyjściowych(6L6). Przybliża to nieco właściwości odwracacza półprzewodnikowego
do jego klasycznego, lampowego pierwowzoru.
|
Rys.4f
|
 |
Układ z lampą
pomocniczą - Rys. 5a - wykorzystuje dodatkowy stopień oporowy
V2, do
którego siatki sterującej, poprzez dzielnik R1, R2 doprowadza
się sygnał z anody V1. Ze względu na warunek równości
napięć wzbudzających stopień końcowy, należy dobrać lampy
o możliwie identycznych charakterystykach i zapewnić im jednakowe warunki pracy
(Ra=Rb). Dzielnik napięcia R1, R2 należy tak dobrać, aby uzyskać
jednakowe amplitudy napięć wyjściowych.
| Rys.5a |
 |
Układ ten, mimo prostoty i
łatwości realizacji, rzadko jest stosowany, gdyż posiada
szereg wad: - V2 otrzymuje z dzielnika napięcia nie tylko
sygnał, lecz i jego harmoniczne wprowadzone przez V1, - V2 może
wprowadzać dodatkowe szumy i przydźwięk sieci, - V2 wprowadza zniekształcenia liniowe w zakresie
niskich i wyższych częstotliwości akustycznych z powodu
wprowadzanych przez kondensatory sprzęgające Cs dodatkowych
przesunięć fazy. Rys. 5b przedstawia praktyczną realizację tego
typu inwertera.
| Rys.5b |
 |
Stopień z dzielonym
obciążeniem - Rys. 6a - (cathodyne, distributed load
inverter) jest w istocie wtórnikiem katodowym z dodatkowym
rezystorem w obwodzie anodowym, tak że powstaje drugie wyjście
sygnału o przeciwnej fazie. Aby obydwa napięcia wyjściowe U1~ i
U2~ były sobie równe (ich wartości bezwzględne), opory Ra i Rk powinny być
jednakowe.
| Rys.6a |
 |
Maksymalna amplituda napięcia
wyjściowego (na każdym z wyjść) odwracacza fazy z dzielonym
obciążeniem jest dwa razy mniejsza od maksymalnej amplitudy
napięcia wyjściowego wtórnika katodowego i nie przewyższa 0,2 +VCC. Dolną gałąź stopnia z dzielonym obciążeniem można
rozpatrywać jako wtórnik katodowy ze wszystkimi jego
właściwościami (dużą rezystancją wejściową, małą
wyjściową i wzmocnieniem
napięciowym ku÷1). Właściwości wtórnika nie obejmują jednak
górnej gałęzi członu, który możemy z kolei rozpatrywać jako
wzmacniacz z ujemnym prądowym sprzężeniem zwrotnym, zwiększającym jego rezystancję wyjściową.
Innymi
słowy, wyjście anodowe jest znacznie wrażliwsze na zmiany obciążenia (zwykle jest to
siatka sterująca lampy końcowej) jakie mają miejsce, gdy amplituda sygnału użytecznego
przekracza wartość ujemnego napięcia polaryzacji lamp mocy. Ponadto, ze wzrostem
częstotliwości wcześniej ujawnia się bocznikujące działanie
pojemności w członie górnym i naruszeniu ulega symetria
układu (lampy końcowe sterowane
są wybitnie niesymetrycznym sygnałem!), którą można nieco
poprawić poprzez dodanie do członu dolnego oporu Rx, równego w
przybliżeniu Ra. Ze względu na brak wzmocnienia
napięciowego, powyższy układ powinien być zasilany ze
źródła o stosunkowo dużym napięciu i poprzedzony typowym wzmacniaczem
oporowym o dużym wzmocnieniu. Rys. 6b przedstawia wersję,
w której siatka sterująca otrzymuje potencjał stały z anody stopnia poprzedzającego, a Rys.
6c - metodą własnej polaryzacji katodowej.
| Rys.6b |
 |
| Rys.6c |
 |
Układ inwertera ze
stopniem o wzmocnieniu równym jedności - Rys. 7a przedstawia sobą dwa wzmacniacze
oporowe, pierwszy - zwykły i drugi - ze sprzężeniem
pojemnościowym, objęty głębokim ujemnym napięciowym
sprzężeniem zwrotnym w układzie równoległym, przez rezystory R1, R2 i kondensator
C1. Stopień ten, ze względu na swoje właściwości nazywany jest także wtórnikiem anodowym lub
żartobliwie "huśtawką". Jeżeli R1=R2, to na siatkę
sterującą lampy odwracacza fazy podawane są U1~ i U2~ z jednakowym współczynnikiem podziału
(przy Rs - R1=R2 wynosi on 1/2 do 1/3. Dla osiągnięcia lepszej
symetrii R2 powinien mieć wartość większą od R1 o 10-15%. Tego typu układ,
w związku z istnieniem głębokiego ujemnego
sprzężenia zwrotnego, wnosi małe zniekształcenia w szerokim zakresie
częstotliwości i charakteryzuje się małą rezystancją
wyjściową w gałęzi "wtórnikowej". Maksymalna
amplituda napięcia wyjściowego może być dwukrotnie wyższa
niż w układzie z dzielonym obciążeniem. Wzmocnienie ku może
osiągać wartość nawet do
58 razy. Napięcie doprowadzone nie może przekraczać wartości
jak dla zwykłego stopnia oporowego (ok. 1, 5V). Dzięki obecności
kondensatora elektrolitycznego blokującego rezystor katodowy, całkowite wzmocnienie układu jest duże,
jednak układ jest bardziej
podatny na przesterowanie. Rys. 7b i 7c
przedstawiają różne wersje tego inwertera.
| Rys.7a |
 |
| Rys.7b |
 |
| Rys.7c |
 |
Układ parafazowy o
sprzężeniu katodowym - Rys. 8a
- (long tailed pair, cathode coupled splitter, Schmidt inverter) jest połączeniem stopnia z dzielonym
obciążeniem (lewa trioda) ze stopniem o wspólnej siatce (prawa
trioda - siatka uziemiona dla przebiegów zmiennych kondensatorem). Odpowiedni obwód RC - Rys.
8b, c
- służy do zapewnienia siatce
prawej triody napięcia stałego panującego na siatce triody lewej. Zasadnicza różnica w stosunku do opisanych wcześniej
układów polega na praktycznie identycznej impedancji
wyjściowej obydwu gałęzi. Warunkiem automatycznego równoważenia są jednakowe parametry
lamp, oraz
rezystancji obciążenia i dostatecznie duża rezystancja Rk we
wspólnym obwodzie katod obydwu lamp. Wzmocnienie jest zwykle dwa
razy mniejsze niż zwykłego stopnia wzmacniacza oporowego. Napięcia doprowadzone mogą mieć dość dużą amplitudę.
Układ ten wydaje
się być najlepszy ze względu na swoje właściwości i ma
zastosowanie szczególnie tam, gdzie przy dużych mocach stopnia
końcowego zależy nam na równomiernym wysterowaniu lamp
wyjściowych, w szerokim zakresie częstotliwości, przy małych zniekształceniach.
Innymi
zaletami są - brak skłonności do samowzbudzania i stosunkowo
mały prąd siatkowy w przypadku przesterowania. Układ parafazowy, dzięki doskonałej
symetrii, stosowany był jako
wzmacniacz odchylania w oscyloskopach. Widoczne w pewnych układach różnice w wartości
rezystorów anodowych (np. 82k i 100k) tak naprawdę służą
poprawieniu symetrii, a nie jak sugerują na łamach www
niektórzy autorzy - celowemu wprowadzeniu dodatkowych
harmonicznych parzystych. W układach z Rys. 8b, c
siatki triod mają polaryzację
stałą (fixed bias), a pozostałe - Rys. 8d, e, f
- katodową (cathode bias).
| Rys.8a |
 |
| Rys.8b |
 |
| Rys.8c |
 |
| Rys.8d |
 |
| Rys.8e |
 |
| Rys.8f |
 |
W zależności od zastosowanego
układu inwertera, oraz typu pracującej w jego obwodzie lampy, uzyskamy różny charakter brzmienia końcówki
mocy. Z
porównania oporu wewnętrznego lamp serii ECC (Tabl. 1 - patrz art.
'Przedwzmacniacz') wynika następujący wniosek - im opór
wewnętrzny lampy sterującej większy, tym większa tendencja do
"przybrudzonego'' (crunch) brzmienia i na odwrót, nawet przy
niskim poziomie sygnału wejściowego. M. in. dlatego wzmacniacze
"voxo-podobne"' (lampa ECC 83, 12AX7 inwerter samorównoważący, ze stopniem o
wzmocnieniu równym jedności różnią się od szklisto-czystych
wzmacniaczy "fenderoidalnych'' (lampa ECC 81, 12AT7 inwerter parafazowy).
Warto wiedzieć, że w niektórych lampowych
wzmacniaczach do gitar basowych jako inwerter
pracują nawet dwie lampy o możliwie
najniższym oporze wewnętrznym, często z równolegle
łączonymi systemami w jednej bańce - dla dodatkowej redukcji
wspomnianego oporu, lub stosuje się sterowanie
wtórnikowe, dające najlepszy rezultat - umożliwienie pracy lamp
mocy w klasie AB2. Na końcowy efekt
brzmieniowy wpływa także wielkość pojemności kondensatorów
separujących inwerter od siatek sterujących lamp mocy, rezystorów upływnych i rezystorów blokujących te
siatki. Jeżeli zakładamy celowe przesterowywanie końcówki mocy, należy stosować jako
kondensatory separujące pojemności 22nF-47nF (!), rezystory
upływne 100k (!) i blokujące 5k6-22k (!). Takie wartości można
znaleźć w wielu klasycznych konstrukcjach. Przeczy to, jak
widać, ustalonym dla wzmacniaczy Hi-Fi normom, jednak
w zastosowaniach "gitarowych"
sprawdza się doskonale - zapobiega m. in. zatykaniu się lamp
końcowych (muck), oraz daje wzrost udziału obcinania siatkowego. Bardzo istotną rolę odgrywa obecność i
głębokość gałęzi ujemnego sprzężenia zwrotnego
obejmującego uzwojenie
wtórne transformatora wyjściowego i zwykle pierwszą triodę inwertera. Jednak w wielu konstrukcjach profesjonalnych rezygnuje
się z niego lub tradycyjnie na tylnym panelu montuje się
potencjometr redukujący płynnie to sprzężenie. Ów
potencjometr nazywany bywa np. Fatness lub Soul (Fender), Focus
(Rivera), a w przypadku gdy jest to przełącznik
praktycznie całkowicie odłączający pętlę, nosi nazwę Bold/Curvaceous (Mesa),
co jednoznacznie określa jego wpływ na brzmienie. Często
obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego wykorzystywany bywa do
realizacji funkcji PRESENCE, tj. selektywnego podbijania o kilka dB wybranego
pasma, leżącego między 2-8 kHz. Na Rys. 8g przedstawiony jest układ inwertera
stosowany m. in. we wzmacniaczach Knucklehead f-my Rivera. Jak widać, obok układu
Presence, wyposażony on jest w dodatkowy potencjometr Focus, zmieniający płynnie
głębokość ujemnego sprzężenia zwrotnego (Damping Factor). W niektórych
konstrukcjach Marshalla 'damping factor' zmieniany jest skokowo przekaźnikiem -
zależnie od aktualnego trybu pracy.
|
Rys.8g
|
 |
Jeszcze inne rozwiązanie pokazane jest na Rys. 8h. Układ tego
inwertera pochodzi ze wzmacniacza Peavey 5150 Combo. Tym razem potencjometr
Resonance o wartości 1M5 wraz z kondensatorem 4n7 stanowią element filtru górnoprzepustowego
zatrzymującego najniższe częstotliwości. Wraz ze wzrostem oporu potencjometru
coraz mniej tych częstotliwości dociera w przeciwfazie do inwertera, przez co są
one mocniej wzmacniane.
|
Rys.8h |
|
Na Rys. 8i pokazany jest ciekawy układ odwracacza fazy (Marshall
JCM2000) z podwójną
regulacją - typowym "płynnym" Presence oraz załączanym przełącznikiem
SW1 (Deep) układem aktywnej indukcyjności, opartym o wzmacniacz operacyjny. Dzięki
temu uzyskuje się wybiórcze podbicie najniższych częstotliwości,
odpowiedzialnych
za potężne, "muskularne" brzmienie.
| Rys.8i |
 |
Głównym powodem rezygnacji z
ujemnego sprzężenia zwrotnego jest chęć uzyskania
pełniejszego, bardziej "mięsistego", żywego brzmienia.
Z
powodu istnienia
nieuniknionej indukcyjności rozproszenia i szkodliwej
pojemności własnej transformatora, pętla ujemnego sprzężenia
zwrotnego wprowadza do obwodu końcówki mocy niekorzystne
przesunięcia fazowe, szczególnie dla najniższych i najwyższych
częstotliwości, przyczyniając
się do wzrostu zniekształceń intermodulacyjnych. Pogarsza to
istotnie odpowiedź całej końcówki mocy na pobudzanie
impulsami o dużej amplitudzie i stromych zboczach (tzw. transienty), a wzmacniacz staje się subiektywnie
"leniwy", choć niewątpliwie bardziej stabilny. Istotny jest także
fakt, że
nieco odmiennie "zachowuje sie" pętla przenosząca sygnał
prawie-sinusoidalny (brzmienie czyste), jak i prawie-prostokątny (brzmienie
przesterowane) - niewątpliwie gorzej w tym
drugim przypadku. Przy braku
pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego układ Presence
realizowany jest w osobnym obwodzie, tuż przed inwerterem fazy
lub w samym przedwzmacniaczu (np. Mesa Heartbreaker). Należy pamiętać, że w
większości konstrukcji profesjonalnych działanie potencjometru
Presence działającego w oparciu o pętlę u.s.z. celowo wprowadza
dodatkowe zniekształcenia sygnału, które nadają ostatecznemu
brzmieniu charakterystycznej drapieżności, szczególnie przy
grze z dużym "przesterem". Dzieje się tak, gdyż - przykładowo -
"podbicie"
potencjometrem Presence o 6dB wybranego pasma częstotliwości
powoduje ok. dwukrotny
wzrost mocy elektrycznej tego pasma, doprowadzonej do głośnika. Manipulowanie
wartością rezystora ujemnego sprzężenia zwrotnego lub całkowite rozłączanie
pętli - najczęściej za pomocą przełącznika nożnego oraz odpowiednich LDR'ów
lub zwykłych przekaźników elektromechanicznych - może znaleźć zastosowanie
w realizacji funkcji "podbijania" głośności granej aktualnie partii
solowej. Jest to rozwiązanie bardzo praktyczne, umożliwiające "przebicie
się" każdej solówki w sytuacji, gdy gitarzysta używa tylko jednego
wzmacniacza. Sztandarowym przykładem jest tu wzmacniacz Mesa Dual Rectifier.
Ciekawe
rozwiązanie zastosowano w stereofonicznej końcówce mocy tej firmy - Stereo
Simul-Class 2:Ninety - Rys. 8j. Sam odwracacz fazy wraz z pętlą u.s.z. realizuje trzy dodatkowe funkcje. Pierwszą - regulację czułości wejścia (Input Level Instrument/Line), poprzez zwarcie rezystora R1 (47k) przełącznikiem
SW1. Drugą
- skokową regulację (SW2) wysterowania lamp mocy (Drive - Half/Full), poprzez załączenie
dodatkowego rezystora katodowego R2 (470R) w odwracaczu, co przejawia się znaczną zmianą głośności
(wzmocnienie
napięciowe inwertera jest znacznie większe, gdy rezystor katodowy ma wartość
ok. 470R). Trzecią
- zmianę brzmienia końcówki (Voicing Switching - Deep Extend/Modern),
poprzez
zmiany wartości rezystorów w pętli u.s.z. W przypadku odłączenia (SW3) rezystora
R3 (3k3) kondensator C1 "zatrzymuje" najniższe częstotliwości,
przez co
następuje ich dość znaczne podbicie, dźwięk staje się bardziej
"muskularny". Z kolei odłączenie (SW4) rezystora R4 (56k) zmienia
charakterystykę częstotliwościową pętli u.s.z. czyniąc ją bardziej
"agresywną brzmieniowo".
| Rys.8j |
 |
Jako inwertery mogą z powodzeniem pracować lampy podwójne typu
trioda/pentoda z serii PCF lub dwie pentody np. EF184 połączone triodowo.
Szczególnie godne polecenia konstruktorom, także aparatury Hi-Fi, są podwójne triody
E80CC, 12BH7 i niedoceniane, rosyjskie 6N1P-EB. Cechują się bardzo
prostoliniowym przebiegiem charakterystyk siatkowych, doskonałą
konstrukcją mechaniczną i znacznie wydłużonym okresem
bezawaryjności. Interesującą lampą , doskonałą do pracy jako inwerter z
dzielonym obciążeniem , jest podwójna trioda 12DW7. Znajdujące się wewnątrz dwa systemy różnią się w istotny sposób. Jedna
trioda jest bliskim odpowiednikiem ECC83, a druga - ECC82.
Na Rys. 9
przedstawiony jest - jako
swoista ciekawostka - schemat zapomnianego już wzmacniacza od
gramofonu Bambino-3. Jak łatwo zauważyć, pętla ujemnego
sprzężenia zwrotnego wykorzystana jest tu do regulacji barwy
tonu w zakresie wysokich - pot. P2 i niskich częstotliwości - pot. P3. Praktycznie identyczny typ
regulacji możliwy jest do zastosowania w "dużym" wzmacniaczu
gitarowym - wówczas potencjometr od regulacji "dołu"
może być nazwany Fatness. Układ ten, uzupełniony w prosty przedwzmacniacz na
jednej lampie ECC83 (np. typu Fender lub Marshall), może stanowić doskonały piecyk do domowego "poćwiczenia",
zapewniając
przester i sustain, o jakim "zwykłe" tranzystorowce mogą tylko
pomarzyć. Poniższy schemat może stanowić doskonały poligon doświadczalny w
celu uzyskania power tube
saturation przy b. małej głośności (The
Key to Quiet Cranked-Amp Tone). Wówczas transformator głośnikowy obciążony
jest rezystorem odpowiedniej mocy, a nie głośnikiem. Przykładem jest
konstrukcja Piotra Liskiewicza,
którą słusznie nazwał Tube
Accelerator. Układ ten jest po prostu włączany w pętlę FX
tranzystorowego wzmacniacza Marshall Valvestate i umożliwia uzyskanie przy
dowolnym poziomie głośności bardzo charakterystycznego "lampowego"
brzmienia i kompresji.
| Rys.9 |
 |
Dla zwolenników nieco większych mocy Rys. 10 pokazuje wersję
z zastosowaniem dwóch lamp ECL82 w układzie przeciwsobnym (push-pull).
Potencjometr
P1 służy do regulacji tonów wysokich, a P2 tonów niskich. Można oczywiście
zastosować lampy ECL85, ECL86 po korekcji rezystora katodowego (200R) pentod i właściwym
dla poszczególnych lamp podłączeniu podstawek.
| Rys.10 |
 |
Powrót do strony głównej
Darmowy hosting zapewnia PRV.PL
