Circlotron

Circlotron - jeden z układów stopni wyjściowych wzmacniaczy małej częstotliwości - przeciwrównoległy mostek pracujący w układzie wtórnika. Zwany również układem PPP od parallel posh-pull.

Idea Circlotronu z instrukcji obsługi wzmacniacza Electro-Voice A15.

Historia

Nazwa Circlotron pojawiła się jako zastrzeżony znak handlowy firmy Electro-Voice. Zgłoszenie patentowe pochodzi z marca 1954, a jego autorem był pracownik tej firmy Alpha Wiggins. Nie był on jednak pierwszym projektantem Circlotronu, jego koncepcja została już wcześniej trzykrotnie opatentowana: przez Williama Spencera Percivala (patent brytyjski z maja 1937, patent USA z maja 1938 Thermionic Valve Repeating Arrangement) , przez Cecila T. Halla (patent USA Parallel Opposed Power Amplifiers, czerwiec 1951) oraz przez Tapio Köykkä (fińskie patenty 27332 i 29642 zgłoszone odpowiednio w latach 1952 i 1955). Ostatecznie firma Electro-Voice wykupiła patent Halla. W jej materiałach materiałach umieszczano uproszczony schemat stopnia końcowego narysowany w postaci koła, co jest związane z nazwą układu.

W latach 50 i 60 kilka firm podjęło produkcję wzmacniaczy akustycznych o mocy od 15 do 100 watów według koncepcji Circlotronu, oprócz Electro-Voice były to między innymi fiński Voima i Philips (z użyciem fińskiego patentu). Były to układy w pełni symetryczne, transformatorowe, zbudowane na pentodach i tetrodach strumieniowych. Parę podobnych propozycji opublikowano w prasie radioamatorskiej.

Powrót do koncepcji Circlotronu nastąpił na początku lat 80, za sprawą Ralpha Kartena, założyciela firmy Atma-Sphere, która wypuściła konstrukcje beztransformatorowe. Kilka typów takich wzmacniaczy jest na niewielką skalę wytwarzanych do dziś.

Układ klasyczny

Budowa

Układ Circlotronu z patentu Wigginsa (1954).

Ramiona mostka Circlotronu stanowią dwie lampy (na rysunku obok triody 11 i 12) oraz dwa źródła zasilania (23 i 24 na rysunku). Obciążenie (na rysunku obok transformator) jest włączone w przekątną mostka. Polaryzację wstępną lamp zapewnia źródło 21, choć w praktycznych układach polaryzacja jest częściej umieszczana w obwodzie siatek, a środek uzwojenia pierwotnego jest połączone z masą (w zasadzie odczep transformatora nie jest konieczny, właściwa polaryzacja katod może być osiągnięta za pomocą rezystorów).

W stanie równowagi mostka przez obciążenie nie płynie prąd, nie ma więc składowej stałej w transformatorze. Siatki lamp (13 i 14 na rysunku) są sterowane przez symetryczny sygnał różnicowy otrzymany z odpowiedniego odwracacza fazy.  

Circlotron wg. T Köykkä, Radio und Fernsehen..

W klasycznym układzie Circlotronu stosowano zwykle pentody i tetrody strumieniowe. Sprzyjało temu łatwe zasilanie siatek ekranujących, odpowiedni potencjał wraz ze składową zmienną występuje na anodzie lampy z przeciwległej gałęzi mostka. Podobne rozwiązanie zastosowano we wzmacniaczu według układu T Köykkä, opublikowanym w "Radio und Fernsehen" w roku 1957.  

Właściwości

• Lampy pracującego w klasie A są dla sygnału zmiennego połączone równolegle. Zmniejsza to impedancję wyjściową wzmacniacza i konieczną przekładnię transformatora wyjściowego.
• Wykonanie transformatora ułatwia i poprawia jego parametry również fakt, że nie płynie w nim składowa stała (nie wymaga szczeliny w rdzeniu) ani prądy anodowe lamp (mniejszy prąd w uzwojeniach).
• Lampy pracującego w klasie B/AB pracują na przemian na obciążenie, jakie "widzi" jedna lampa w ekwiwalentnym, standardowym układzie przeciwsobnym. Wymagana przekładnia transformatora jest zatem dwukrotnie niższa niż w układzie standardowym.
• W transformatorach pracujących w układzie Circlotron w klasie B i AB nie zachodzi zjawisko "przełączania prądów" charakterystyczne dla typowych układów przeciwsobnych, a powodujące powstanie dodatkowych zniekształceń nieliniowych.
• Circlotron jest wtórnikiem, posiada więc naturalne lokalne ujemne sprzężenie zwrotne, ale wymaga dużego napięcia sterującego.
• Circlotron w postaci klasycznej wymaga dwóch, oddzielnych, odseparowanych od masy, źródeł napięcia zasilania "pływających" na sygnale wyjściowym.

Układ beztransformatorowy

• Circlotron w wersji beztransformatorowej (OTL) posiada wyjście symetryczne, a więc żaden z zacisków wyjściowych nie jest na poziomie masy sygnału.

Aplikacje

Układ Circlotron był wykorzystywany stosunkowo rzadko. Wzmacniacze togo typu produkowały firmy Electro-Voice, Voima (Finlandia), Philips, Carad (Belgia), MEL (Niemcy).

Wzmacniacz w układzie Circlotron Electro-Voice A30.

Największą liczbę typów wzmacniaczy w klasycznym układzie Circlotron budowała firma Electro-Voice. Wśród wzmacniaczy zintegrowanych były to: A15CL (stopień końcowy na lampach EL84), A20C (6V6), oraz A20CL (6V6). Wzmacniaczami mocy były: A15 (EL84), A20 (6V6), A30 (dwie wersje, na lampach 6BG6 oraz 1614), A50 (6550), A100 (po dwie lampy 6550 połączone równolegle). Konstrukcje stopni mocy tej firmy były zbliżone, z odwracaczem fzay z dzielonym obciążeniem i różnicowym stopniem pośredniczącym z układem "bootstrap". Zapewnia to dużą amplitudę i małe zniekształcenia sygnału sterującego wtórnikowy stopień końcowy.  

Wzmacniacz w układzie Circlotron typu Voima A2-20.

We wzmacniaczu w układzie Circlotron typu A2-20 firmy Voima (Voimaradio Oy, Helsinki) stopień końcowy zaprojektowano na dwóch lampach EL84. Układ charakteryzuje się dosyć niezwykłym odwracaczem fazy. Deklarowana moc 20W dotyczy raczej mocy szczytowej. Firma była niewielka, produkował na małą skalę jeszcze Circlotron 405 z dwiema parami lamp EL84 w stopniu końcowym i R-100 na lampach EL34.  

Wzmacniacz w układzie Circlotron PIC-35 firmy MEL.

Prawdopodobnie jedynym niemieckim wzmacniaczem HiFi zbudowanym w klasycznym układzie Circlotronu jest bardzo rzadki zintegrowany PIC-35 niewielkiej firmy MEL (Messtechnik + Elektronik Waiblingen”). To konstrukcja dosyć bezkompromisowa, zawiera 18 lamp, co jest swoistym rekordem. Odwracacz fazy z dzielonym obciążeniem steruje stopniem pośredniczącym na pentodach EF86 bez układu "bootstrap", ale za to zasilanego z osobnego zasilacza anodowego o stosunkowo wysokim napięciu.  

Stereofoniczny wzmacniacz w układzie Circlotron typu Carad AAS26

Na przełomie lat 50 i 60 Firma Carad produkowała kilka wzmacniaczy w układzie Circlotron, zarówno zintegrowanych, jak i osobnych końcowych mocy, również stereo. Używano lamp EL84 i EL34 (największy wzmacniacz, wyprodukowany w 1963 AS50 posiadał moc wyjściową 50W). Odwracacze fazy miały postać prostego wzmacniacza różnicowego z "bootstrapem", zbudowane były na podwójnej triodzie ECC83, z wyjątkiem wzmacniacza AS50, którego odwracacz zawierał dwie lampy EF86 włączone jako triody.  

Układ beztransformatorowy

Wzmacniacz w układzie Circlotron typu Philips AG9007.

Firma Philips produkowała kilka typów wzmacniaczy beztransformatorowych przeznaczonych do sterowania specjalnych głośników o dużej impedancji. Były wśród nich również rozwiązania oparte o układ Circlotron: AG9006 (o mocy 20W, na lampach EL81) oraz AG9007 (o mocy 60W na czterech lampach EL36 w stopniu końcowym). Posiadały one odwracacz fazy w układzie wzmacniacza różnicowego na lampach EF86 włączonych w jako triody.

 

Konstrukcje niekomercyjne

Mimo, że układ Circlotronu posiada wiele zalet szczególnie istotnych z punktu widzenia radioamatora, to nie zdobył znaczącej popularności. Zaczął upowszechniać się w latach 60, gdy elektronikę zaczynały już zdobywać półprzewodniki i dni dominacji lamp były już policzone.

Najważniejsze zalety Circlotronu to:

• Stosunkowo bardzo łatwy do wykonania transformator wyjściowy.
• Brak zakłóceń wynikających z przełączania prądu w transformatorze przy pracy w klasie B i AB.

Układ ma też wady:

• Konieczność stosowania dwóch odseparowanych zasilaczy do zasilania stopnia końcowego.
• "Pływające" na potencjale sygnału wyjściowego zasilacze mogą być źródłem sprzężeń i wymagają starannej konstrukcji.
• Konieczne duże napięcie sterujące wtórnikowy stopień wyjściowy, co komplikuje stopień sterujący i zwiększa zniekształcenia w nim wprowadzane.

 

Wzmacniacz w układzie Circlotron z książki A. Witorta.

 

Wzmacniacz w układzie Circlotron z Poradnika Radioelektryka.

   

Wzmacniacz UL z Radio (ZSRR) 9/1990.