Circlotron

Circlotron - jeden z układów stopni wyjściowych wzmacniaczy małej częstotliwości - przeciwrównoległy mostek pracujący w układzie wspólnej katody.

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 stopień końcowy zaprojektowano na dwóch lampach EL84. Układ odwracacza fazy jest dosyć niezwykły i wygląda na przekombinowany. Deklarowana moc 20W dotyczy raczej mocy szczytowej.  

Konstrukcje niekomercyjne

 

Wzmacniacz w układzie Circlotron z książki A. Witorta.

 

Wzmacniacz w układzie Circlotron z Poradnika Radioelektryka.

   

Wzmacniacz UL z Radio (ZSRR) 9/1990.