SEPP

Układ wzmacniacza w konfiguracji SEPP (single ended push-pull) został opatentowany przez Williama H. T. Holdena w 1931 roku. Charakteryzuje on się pracą przeciwsobną z uziemioną (dla sygnału zmiennego) jedną z końcówek obciążenia. Umożliwia uzyskanie bardzo dobrych parametrów wzmacniacza bez konieczności stosowania transformatora z niską indukcyjnością rozproszenia pomiędzy połówkami uzwojenia pierwotnego. Był też stosowany do konstrukcji wyjściowych układów beztransformatorowych (OTL).

Układ klasyczny

Budowa

Oryginalny układ SEPP z patentu Williama H. T. Holdena z 1931 roku

Cechą charakterystyczną stopnia wzmacniacza pracującego w układzie SEPP jest przeciwsobna praca elemantów aktywnych (lamp lub tranzystorów) przy jednoczesnym przyłączeniu obciążenia w taki sposób, że jeden jego zacisk jest sterowany, a drugi znajduje się na potencjale zerowym (dla sygnału zmiennego). Opracowano kilka warianów tego układu, różniących się przede wszystkim rozwiązaniem stopnia sterującego, rodzajem zastosowanych lamp oraz ich połączeniem dla prądu stałego.

Podstawowy schemat układu SEPP z odwracaczem fazy z dzielonym obciążeniem i szeregowym połączeniem lamp dla prądu stałego.

Przykładem mogą być koncepcje Arnolda Petersona i Donalda B. Sinclaira zaprezentowane w 1952 roku. . Ich cechą charakterystyczną jest użycie odwracacza fazy z dzielonym obciążeniem. By obydwie lampy pracowały w układzie wspólnej katody sygnał sterujący musi być wprowadzony pomiędzy katodę i siatkę. W układach bez transformatora wejściowego stwarza to pewne trudności, bo katoda jednej z lamp znajduje się na potencjale sygnału wyjściowego. By rozwiązać ten problem połączono opornik anodowy odwracacza fazy nie z dodatnim biegunem źródła zasilania, ale z wyjściem stopnia. Dla prądu stałego lampy są w nim połączone szeregowo.

 

Podstawowy schemat układu SEPP z równoległym połączeniem lamp dla prądu stałego.

W dużo mniej popularnej wersji układu lampy wyjściowe dla prądu stałego są połaczone równolegle. Umożliwia to zastosowanie źródła zasilania o mniejszym napięciu, ale nieco komplikuje układ i wymaga zastosowania transformatora o dwóch symetrycznych uzwojeniach pierwotnych. Dla prądu zmiennego uzwojenia te są połączone w charakterystyczny dla SEPP sposób - równolegle, z jednym zaciskiem uziemionym dla prądu zmiennego.

 

Podstawowy schemat układu SEPP z szeregowym połączeniem lamp ekranowanych.

Zastosowanie tetrod lub pentod i transformatora z dwoma uzwojeniami pierwotnymi umożliwia sprytne rozwiązanie zasilania siatek ekranujących. Jednocześnie opornik anodowy odwracacza fazy może być przyłączony do siatki ekranującej górnej lampy (znajdującej się na takim samym potencjale zmiennym jak katoda), co zapewnia zasilanie odwracacza pełnym napięciem zasilającym (rozwiązanie typu bootstrap). Umożliwia to uzyskanie dużej amplitudy napięcia wyjściowego odwracacza. W uzwojenich pierwotnych transformatora oprócz sygnału zmiennego płynie prąd siatek ekranujących.

 

Właściwości

• Lampy stopnia SEPP pracującego w klasie A są dla sygnału zmiennego połączone równolegle. Zmniejsza to impedancję wyjściową wzmacniacza i konieczną przekładnię transformatora wyjściowego.
• Lampy stopnia SEPP 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.
• 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).
• W transformatorach układów SEPP pracujących w klasie B i AB nie zachodzi zjawisko "przełączania prądów" charakterystyczne dla typowych układów przeciwsobnych, a powodujące powstanie dodatkowych zniekształceń nieliniowych.
• W przeciwieństwie do standardowego układu przeciwsobnego w układzie SEPP nie znoszą się zakłócenia pochodzące ze źródła zasilania. Wymaga on zatem zasilacza anodowego o znacznie mniejszym poziomie tętnień.
• Katoda jednej z lamp znajduje się na potencjale sygnału wyjściowego sumowanego z połową napięcia zasilania. Powoduje to konieczność zasilania włókna żarzenia tej lampy z osobnego uzwojenia w przypadku niewystarczającej wartości jej dopuszczalnej wartości U_ż-k. W przeciwnym wypadku łatwo może dojść do przebicia pomiędzy włóknem a katodą.

SRPP

Osobna strona - SRPP

Odmianą układu SEPP jest wzmacniacz SRPP, w którym nie ma osobnego odracacza fazy, ale "górna" lampa jest sterowana spadkiem napięcia na rezystorze włączonym w obwód anodowy "dolnej". Takie rozwiązanie jest prostsze układowo, ale może pracować tylko w klasie A i ma poważne wady, które powodują, że jego parametry są gorsze niż układu z odwracaczem fazy.

Aplikacje

Praktyczne układy wzmacniaczy SEPP zostały opracowane dosyć późno. Co prawda umożliwiają osiągnięcie wysokiej jakości, ale posiadają też wady, które potencjalnie zwiększają cenę zbudowanego z ich użyciem wzmacniacza. Rozwiązań komercyjnych istniało zatem stosunkowo niewiele.

Schemat ideowy wzmacniacza mocy National Horizon 20.

Chyba najbardziej znanym wzmacniaczem SEPP jest National Horizon 20, mniej popularny jest bardzo podobny Horizon 10. W Horizonie 20 pracują dwie lampy 6L6 w układzie SEPP, połączone równolegle dla prądu stałego, co umożliwia zastosowanie stosunkowo niewielkiego napięcia zasilającego, dostarczając przy tym mocy 20 W. Warto zwrócić uwagę na sposób przyłączenia siatek ekranujących. Wzmacniacze te mają bardzo ciekawą budowę modułową. Każdy z nich posiada kasetę z gniazdem, w której można umieścić wzmacniacz napięciowy z regulatorem barwy tonu (typu Horizon 5).

Europejskim przykładem wzmacniacza HiFi tego rodzaju może być AG9015 Philipsa. Lampy końcowe są włączone szeregowo dla prądu stałego, zastosowano więc pentody EL86 przystosowane do pracy przy niskich napięciach anodowych.

 

Wzmacniacze OTL

Osobna strona - OTL

Wzmacniacz OTL z głośnikiem o dużej impedancji z karty katalogowej lampy EL86 firmy Philips

Wzmacniacze beztransformatorowe SEPP pracujące bez transformatora wyjściowego można z grubsza podzielić na dwie grupy. W urządzeniach z pierwszej grupy lampy wyjściowe pracowały przy optymalnej impedancji obciążenia. Osiągano to najczęściej poprzez zastosowanie specjalnie produkowanych głośników o dużej impedancji. Ich właściwości nie różnią się zasadniczo od układów z prostym transformatorem. Możliwe też jest stosowanie takich układów we wzmacniaczach radiowęzłowych i instalacji nagłaśniających zasilających wysokonapięciowe linie transmisyjne. Transformatory znajdują się wtedy przy głośnikach.

Drugą grupą wzmacniaczy OTL są rozwiązania pracujące przy małej impedancji obciążenia, charakterystycznej dla współczesnych głośników, która jest daleka od optymalnej dla lamp mocy. W takich warunkach lampy pracują z bardzo niewielką sprawnością i generują duże zniekształcenia nieliniowe. Ze względu na fakt, że układ SEPP jest układem przeciwsobnym, harmoniczne wynikające z niedopasowania obciążenia w dużym stopniu się kompensują, a w sygnale wyjściowym dominują harmoniczne nieparzystych rzędów, których zawartość zazwyczaj nie przekracza kilkunastu procent. Zniekształcenia te są redukowane ujemnym sprzężeniem zwrotnym o głębokości co najmniej 20dB.

Wzmacniacz OTL 25 W firmy RCA z gałęziami lamp pracującymi w odmiennej konfiguracji.

Wzmacniacze SEPP OTL współpracujące z niskoimpedancyjnymi obciążeniami można z kolei podzielić na dwie grupy:

• wzmacniacze sterowane symetrycznie, a więc takie, w których obie lampy (lub ich grupy) pracują w tych samych warunkach - w konfiguracji ze wspólną katodą lub jako wtórniki katodowe;
• wzmacniacze sterowane niesymetrycznie, tj. takie, w których poszczególne lampy (lub ich grupy) pracują w odmiennych konfiguracjach - jedna w układzie ze wspólną katodą, a druga jako wtórnik katodowy.

Jednym z najbardziej znanych wzmacniaczy z pierwszej grupy jest model MQ36 firmy Luxman. Jest to stereofoniczny wzmacniacz o mocy 2*25 W przy impedancji obciążenia 16 omów. Wg specyfikacji producenta zniekształcenia nieliniowe w tych warunkach nie przekraczają wartości 0,13%. Stopień mocy każdego z kanałów zbudowano na dwóch duotriodach 6336A.

Prostym przykładem rozwiązania z drugiej grupy może być wzmacniacz firmy RCA, 25 W OTL pracujący na trzech podwójnych triodach 6082. To maksymalnie uproszczona tania konstrukcja, nie zawierająca również transformatora sieciowego (zalecano zasilanie poprzez zewnętrzny transformator separujący).

Wzmacniacz 20A firmy Technics.

Najbardziej znanym rozwiązaniem z drugiej grupy jest jednak wzmacniacz japońskiej firmy Technics - model 20A wprowadzony w 1965 roku. To rozbudowana, stereofoniczna konstrukcja o mocy 2x75 W przy obciążeniu 16 omów. W stopniu mocy każdego z kanałów pracuje dziesięć pentod 50H-B26. W jednej gałęzi układu przeciwsobnego pięć tych lamp połączonych równolegle pracuje w układzie wtórnika katodowego, natomiast pozostała piątka w drugiej gałęzi pracuje w układzie ze wspólną katodą z lokalnym ujemnym sprzężeniem zwrotnym na lampę sterującą tą gałęzią.

 

Konstrukcje niekomercyjne

Podstawowe wady i zalety

Układ jest bardzo wdzięczny do konstrukcji hobbistycznych. Umożliwia zastosowanie stosunkowo prostych transformatorów (na przykład radiowęzłowych) i otrzymanie bardzo dobrych rezultatów. Jego wady nie mają decydującego znaczenia w konstrukcjach amatorskich. Konieczny jest dobrej jakości zasilacz o małych tętnieniach, a by utrzymać napięcia zasilania na stosunkowo niewielkim poziomie warto stosować lampy przystosowane do pracy przy takich napięciach: pentody EL86, EL82, przeznaczone do odchylania poziomego - EL81, EL36, EL50x, czy nawet E130L. Z triod sprawią się dobrze lampy przeznaczone do zasilaczy szeregowych, na przykład 6S19P czy 6082.

Przykłady rozwiązań

Prosty wzmacniacz SEPP na lampach 6P18P.

Spotykane w literaturze radioamatorskiej z okresu rozkwitu techniki lampowej rozwiązania tego typu są zwykle zbudowane na pentodach. W najprostszych rozwiązaniach siatka ekranująca jest zasilana z filtrów RC. Przykładowy niewielki wzmacniacz na lampach EL82 (6P18P) może dostarczyć mocy około 6-8 W.

Wzmacniacz SEPP o mocy 25W na lampach E130L.

Bliźniaczy układ wzmacniacza zbudowany na większych lampach E130L osiąga moc wyjściową około 25 W.

 

Wzmacniacz SEPP na lampach 6P18P z "Радио" №6/1959.

Układ wzmacniacza proponowanego w radzieckim "Radio" z 1959 roku charakteryzuje się dosyć skomplikowanym układem odwracacza fazy, z osobnym stopniem odwracającym dla górnej lampy wyposażonym w bootstrap. Punkt pracy górnej lampy jest ustalony za pomocą stałego napięcia podanego na siatkę z dzielnika. Wzmacniacz ma według Autora bardzo dobre parametry, ale w praktyce może to wymagać dobierania poszczególnych rezystorów tak, by otrzymać optymalne punkty pracy.  

Inny wzmacniacz SEPP na lampach 6P18P z "Радио" №6/1959.

Inne rozwiązanie z tego samego czasopisma zawiera trochę podobny odwracacz fazy, ale punkt pracy górnej lampy stopnia końcowego jest ustalany automatycznie za pomocą rezystora w katodzie. Prezentowany wzmacniacz jest dwukanałowy, z osobnymi kanałami dla tonów wysokich i niskich.  

Wzmacniacz SEPP na lampach 6P18P z dzielonym obciążeniam ("Радио" №3/1971).

Bardzo ciekawy jest prezentowany w radzieckim "Radio" układ wzmacniacza SEPP z dzielonym obciążeniem - dwa uzwojenia transformatora są włączone bezpośrednio w obwody katod, a trzecie jest wspólne i włączone standardowo. Oryginalnie we wzmacniaczu zastosowano dosyć złożone prądowo-napięciowe ujemne sprzężenie zwrotne. Obecnie wycofano się z takich pomysłów, bo sprzężenie prądowe powoduje niepotrzebny wzrost impedancji wyjściowej, co może utrudniać współpracę z współczesnymi kolumnami głośnikowymi posiadającymi skomplikowane zwrotnice. Korzystniej będzie zastosować proste sprzężenie zwrotne napięciowe.

 

Prosty wzmacniacz SEPP na triodach 6N5S z "Радио" №1/1961.

Propozycje wzmacniaczy SEPP skonstruowanych na triodach z lat świetności techniki lampowej są rzadkie. W okresie gdy rozwijano koncepcję SEPP triody w stopniach końcowych małej częstotliwości zostały praktycznie całkowicie wyparte przez pentody i tetrody strumieniowe. Ponadto jedna z podstawowych wad układów triodowych, konieczne duże napięcie sterujące, występuje ze zdwojoną siłą gdy konieczne jest generowanie sygnału sterującego "górną" lampę względem poziomu wyjściowego. Przykładem prostego rozwiązania wzmacniacza na triodach 6N5S jest układ prezentowany w radzieckim "Radio" w latach 1961 i 1962.

 

Wzmacniacz SEPP OTL na triodach 6N5S z "Радио" №11/1958.

Jeszcze rzadsze były propozycje układów OTL obciążonych głośnikami o niskiej impedancji, choć na przykład w czasopismach japońskich występują wyraźnie częściej. Do wyjątków należy konstrukcja z radzieckiego "Radio" z roku 1958.  

Bibliografia

• Cykin Gieorgij: Wzmacniacze sygnałów elektronicznych, WKiŁ, Warszawa, 1970, wyd. 2, stron 570.

Zobacz też

• Williamsony - klasyczne przeciwsobne układy lampowych wzmacniaczy mocy HiFi.

Skróty oznaczeń używanych na Wiki Oktoda

μ - wzmocnienie napięciowe μs2 - oddziaływanie napięciowe siatki drugiej α - wskazanie wskaźnika dostrojenia AM - modulacja amplitudy ARCz - automatyczna regulacja częstotliwości ARW - automatyczna regulacja wzmocnienia Ia - prąd anody Iaimax - maksymalny prąd anody w impulsie Il - prąd ekranu Is - prąd siatki Is1 - prąd siatki pierwszej Is2 - prąd siatki drugiej Is3 - prąd siatki trzeciej Is4 - prąd siatki czwartej Iamax - maksymalny prąd anody Ikmax - maksymalny prąd katody Io - maksymalny prąd wyprostowany Iż - prąd żarzenia FM - modulacja częstotliwości h - zniekształcenia nieliniowe m.cz. - małej częstotliwości Pamax - maksymalna moc strat w anodzie p.cz. - pośredniej częstotliwości Ps2max - maksymalna moc strat w siatce drugiej Pwy -moc wyjściowa ra - opór wewnętrzny Ra - opór obwodu anodowego Rk - rezystancja w katodzie Rg - rezystancja w obwodzie siatki Sa - nachylenie charakterystyki lampy Ua - napięcie anody Ua≈ - napięcie zmienne na anodzie Uaiwmax - maksymalne wsteczne napięcie anody w impulsie Uamax - maksymalne napięcie anody Ub - napięcie zasilania Ubmax - maksymalne napięcie zasilania Ul - napięcie ekranu Us - napięcie siatki Us1 - napięcie siatki pierwszej Us2 - napięcie siatki drugiej Us2max - maksymalne napięcie siatki drugiej Us3 - napięcie siatki trzeciej Us4 - napięcie siatki czwartej Utr - maksymalne napięcie prądu zmiennego Uż - napięcie żarzenia Uż-k - maksymalne napięcie między włóknem żarzenia a katodą