ทฤษฏีเครื่องขายเสียงหลอด ตอน ปรีแอมป์และไดร์เวอร์

ปรีแอมป์และไดร์เวอร์
เราจะเริ่มต้นด้วยภาพรวมของ Class AB push pull แอมป์หลอด แล้วแบ่งแอมป์ออกเป็นส่วนต่างๆ หน้านี้จะจัดการกับส่วนแรก
ที่อธิบายไว้เป็นปรีแอมป์ อินเวอร์เตอร์ และไดรเวอร์

Push Pull แอมป์หลอดที่มี 2 เอาท์พุทหลอด ต่อแชนเนลนั่นคือเป็นแบบพุชพูล พุชพูลเปรียบคล้ายกับการขี่จักรยานที่มีแป้น
คันเหยียบทั้งสองข้างคันเหยียบแต่ละข้างต่างกัน 180 องศาเพื่อให้ได้พลังงานที่ราบรื่นและพลังที่ยิ่งใหญ่ที่สุด เริ่มต้น
ขยายแบบ Class Aเริ่มจาก ผลัก(Push)คันเหยียบหนึ่งตัวโดยใช้ขาขวาของเขาในขณะที่ ดึง(Pull) อีกข้างขึ้นมา
ด้วยขาซ้ายของเขาและจากนั้นก็กลับเป็นคลาส B เป็นหลอดเอาต์พุตแต่ละอัน (ในทางกลับกัน) ขับครึ่งหนึ่งของคลื่นไซน์
โดยไม่มีการเหลื่อมซ้อนกันไม่มีการกำหนดค่าเครื่องขยายเสียงในคลาส B หลอดเอาต์พุตทั้งสองตัวจะถูกจัดเรียง (Bias)
เพื่อให้พวกเขาเริ่มต้นในการผลักแบบ Class Aโดยขยายคลื่นไซน์ทั้งหมดไปที่ประมาณ 5 ถึง 20 วัตต์ จากนั้นหลอด
เอาต์พุตแต่ละอันจะขับครึ่งหนึ่งของคลื่นไซน์ เพื่อให้ได้พลังงานสูงสุดอธิบายว่าเป็นคลาส A push pull ไปที่ Class AB
การเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไปจากคลาส A ไปยังคลาส AB

เครื่องขยายเสียงแยกออกเป็น 4 ส่วน

1.พรีแอมป์หลอดจะเพิ่มสัญญาณขาเข้าให้อยู่ในระดับที่สูงขึ้น
2.อินเวอร์เตอร์สร้างมิเรอร์ของสัญญาณในเฟสตรงกันข้าม 180deg
3.หลอดไดร์เวอร์เพิ่มสัญญาณ 180deg ให้อยู่ในระดับที่สูงขึ้นเพื่อขับเคลื่อนหลอดเอาต์พุท
4.หลอดเอาท์พุทจะขยายสัญญาณ 180 องศาเพื่อเพิ่มกระแส หม้อแปลงเอาท์พุทจะลดแรงดันสูงจากหลอดเอาท์พุทเป็น
แรงดันไฟฟ้าต่ำที่มีความต้านทาน 4,8,16 โอหฺม เพื่อขับลำโพง ตัวอย่าง ไดอะแกรมบล็อกแอมป์ UL 100W

1. 1/2 แรกของ 12AX7 ขยายสัญญาณอินพุต 100mV RMS เป็น 5V RMS โดยประมาณ
2. 1/2 สอง ของ 12AX7 ทำหน้าที่เป็นอินเวอร์เตอร์สัญญาณ 5V RMS สองตัวจะถูกสร้างขึ้นที่ 180 องศา(กลับเฟส)
3. ไดรเวอร์ 12AU7 เพิ่ม 5V เป็นประมาณ 50V RMS เพื่อขับเคลื่อนหลอดเอาต์พุต KT88
4. แต่ละหลอดเอาต์พุต KT88 ให้กำลังส่งประมาณ 300V x 2 = 600V RMS ในหม้อแปลงเอาท์พุท
5. หม้อแปลงเอาต์พุตจะลดระดับ 600V RMS (ประมาณ 22: 1) เป็นประมาณ 28V RMS เพื่อขับลำโพง8Ωประมาณ 100 วัตต์
แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟในแอมป์หลอดอธิบายไว้เป็น B +

แต่ละส่วนจะอธิบายถึง 4 รูปแบบ และจะแสดงรูปแบบต่าง ๆ ที่ใช้ในแอมพลิฟายเออร์หลอดที่แตกต่างกัน
และทำไม วิลเลียมสัน จึงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการเปิดใช้งานแอมป์หลอดเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุด
แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟในแอมป์หลอดในที่นี่้คือ B +
ตัวเก็บประจุแบบคลัป พรีแอมป์อินเวอร์เตอร์และไดรเวอร์นั้นเชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้ง
ตัวเก็บประจุเหล่านี้บล็อก DC จากแต่ละขั้นตอน ก่อนหน้าและปล่อยให้สัญญาณเสียงที่เป็น AC ผ่านเท่านั้น
การรั่วไหลของกระแสตรงใด ๆ ผ่านตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้ง (ไม่ว่าจะเล็กเพียงใด) จะเข้าสู่กริดของหลอดต่อไป
ซึ่งเป็นการขัดขวางการทำงานของมัน
ปัญหาแรก ๆส่วนใหญ่ของแอมป์หลอด คือการรั่วไหลของตัวเก็บประจุ
แต่ตัวเก็บประจุสมัยใหม่ได้ปรับปรุงดีแล้วไม่ค่อยมีปัญหาการรั่วไหลพวกราคาแพง ๆ เช่น JENSEN

 

เมื่อสัญญาณขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้นโดยการถอดแจ๊คหรือเสียบแจ๊คอินพุท หลอดปรีแอมป์จะขยายสัญญาณนั้นผิดเพี้ยน
เป็นคลื่นสี่เหลี่ยมขนาดใหญ่ที่ไม่สมมาตร อาจทำให้เกิดแรงดัน DC ชั่วคราว ผ่านตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งไปยัง Grid
ของหลอด พัลส์ DC แบบสั้นนี้จะทำให้หลอดถูกปิดหรือเข้าสู่การเหนี่ยวนำเต็มรูปแบบเป็นเวลาประมาณ 1ms ถึง 1 วินาที
จนกระทั่งตัวต้านทานกริดคายประจุออก

การเชื่อมต่อโดยตรง
การออกแบบแอมพลิฟายเออร์บางทีไม่ได้ใช้ตัวเก็บประจุในการคัปปลิ้งสัญญาณส่งผ่านระหว่างแต่ละขั้นตอน
จุดประสงค์ของการเชื่อมต่อโดยตรงคือการไม่พึ่งพาตัวเก็บประจุ และไม่ให้มีการเลื่อนเฟสระหว่างสเตจ
การเชื่อมตรงเป็นการ พึ่งพาหลอดจริง ๆ ดังนั้นหลอดจะต้องอยู่ในสภาพสมบูรณ์ไม่มีส่วนเบี่ยงเบนหรือความผิดปกติ
ไม่ว่าจะเล็กเพียงใดก็ตามจะถูกถ่ายโอนผ่านสเตจ ซึ่งจะส่งผลร้ายให้กับเสียงที่ได้ผิดเพี้ยนไปด้วย

Pre-amp
โหลด แอโนด
วงจรพรีแอมป์ในรูปด้านบนอธิบายว่า ‘โหลดแอโนด’ สัญญาณอินพุตเข้ามาผ่านตัวเก็บประจุ. 0.47uF coupling
ตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งจะบล็อก DC จากภายนอกและให้ผ่านเฉพาะสัญญาณเสียง AC เท่านั้นที่จะเข้าสู่กริดของหลอด
ตัวต้านทานกริด 1M ให้การอ้างอิงกราวนด์ สำหรับกริดซึ่งจะผ่านได้ที่น้อยที่สุดสำหรับสัญญาณขาเข้า ตัวต้านทาน 2k2
stoper จะถูกวางไว้ใกล้กับขาของซ็อกเก็ตหลอด stoper grid จะปิดกั้น Rf (ความถี่วิทยุ) และสิ่งแปลกปลอมที่ถูกขยาย
โดยหลอด ผู้ผลิตแอมป์หลายคนไม่ตระหนักถึงความสำคัญของตัวต้านทานแบบ stoper grid และไม่ได้มีอยู่ในวงจร
กระแสแอโนด ถ้าป้อนผ่านตัวต้านทาน 220k จากแหล่งจ่ายไฟ 250V DC และสัญญาณที่ขยายจะปรากฏขึ้นที่เพลต
ซี คัปปลิ้ง .047uf ที่ต่อจากเพลต จะบล๊อค DC จะอนุญาตให้สัญญาณเสียง AC เท่านั้นผ่านไปภาคเอาพุท

ไบแอส
ประมาณ -1.5v กราฟไบแอสจะต้องอยู่ใน Grid ของ 12AX7 เพื่อให้หลอดอยู่ตรงกลางในตำแหน่งการทำงานเชิงเส้น
หากไม่มีไบแอส ไฟ -V ใน กริด หลอดจะทำกระแสสูงสุด ไฟ-V บน กริด จะช่วยลดกระแสที่ไหลผ่านหลอด สิ่งนี้สามารถทำได้
โดยตัวต้านทานแคโทด 2k2 ที่ต่ออนุกรมกับแคโทด กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานแคโทดจะทำให้เกิด + 1.5v ที่แคโทด
โดยวัดคร่อมกับกราวด์ โดยตัวต้านทาน แคโทดคือ + 1.5v ในขณะที่กริดจะเป็น -1.5v ในการอ้างอิงถึงแคโทด

แคโทดไบแอส / ไบแอสเชิงลบ การวางตัวต้านทานแบบอนุกรมกับแคโทดเพื่อให้ไบแอสหลอดเรียกว่า “แคโทดไบแอส”
หลอด KT88s และอื่น ๆ อาจต้องการ -30V ถึง -90V Bias ซึ่งจ่ายจากแหล่งจ่ายไฟย่อยเป็นไฟ -V
เรียกว่าว่า “Negative bias”

เกณฑ์ขยาย
12AX7 เป็น triode hight gain (ประมาณ 30: 1) อัตราขยายสามารถเพิ่มเป็น 60: 1 ได้โดยการใส่ตัวเก็บประจุแบบ
บายพาสแคโทด 100uF ผ่านตัวต้านทานแคโทด อัตราขยายสูงสุดเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแอมป์ phono และไมโครโฟน
แต่การเพิ่มเกณฑ์ขยายให้สูงสุดยังเพิ่มเสียงรบกวน (hiss) และ distortion ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดเกิดจากลำโพงสั่น panic
ซึ่งจะสั่นสร้างเสียงก้องกังวานและสั่นสะเทือนรบกวนดนตรี หลอด 12AX7 สามารถ replace ด้วยอัตราขยายที่ต่ำโดยใช้หลอด
12AU7 (ประมาณ 10: 1) ลดเสียงรบกวน แต่ต้องมีระดับ signal เพียงพอจาก input
No two valves have exactly the same Gain
อัตราขยายของหลอดจะลดลงในลักษณะแบบสุ่มตลอดอายุการใช้งาน วงจรหลอดแบบสลับซับซ้อนที่มีอัตราการควบคุมตนเอง
ถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์ทดสอบราคาแพง

 

อินพุทและโหลดความต้านทาน
อินพุท ความต้านทาน กริดของหลอดตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้า และไม่ต้องการกระแสจากแหล่งสัญญาณ (มีข้อยกเว้น)
หมายถึงไม่มีการโหลดสัญญาณที่เข้ามา กริดอ้างอิงกับกราวด์ผ่านตัวต้านทานกริด
ตัวต้านทานกริดแสดงถึงอิมพีแดนซ์อินพุท ตัวต้านทานกริด เช่น 100k 220k 470k และ 1M ที่เห็นในวงจร

โหลดความต้านทาน ความต้านทานเอาต์พุทของหลอดนั้นสูงมาก และสิ่งที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุทจะทำให้สัญญาณเอาต์พุท
ลดลง วงจรหลอดใช้ความต้านทานสูงควบคุมระดับเสียงและโทนเสียงเพื่อประกันภาระขั้นต่ำในเอาต์พุท 500k เป็นเรื่องปกติ
วอลลุ่มความต้านทานสูง (โพเทนชิโอมิเตอร์) หากใช้ไม่ถูกต้องจะรบกวนการตอบสนองความถี่สูง
วงจรโซลิดสเตตมีความต้านทานต่ำและมีระดับเสียงและหม้อควบคุมเสียงอยู่ที่ประมาณ 10k วอลลุ่มที่มีความต้านทานต่ำ
มีความแม่นยำมากกว่าและไม่รบกวนการตอบสนองความถี่สูง

Cathode follower
Cathode follower 1/2 ของ 12AX7 หรือ 12AU7 สามารถใช้เป็น Cathode follower มักจะเชื่อมต่อโดยตรง
กับเอาต์พุทความต้านทานสูงของโหลดเพลต ปรีแอมป์ Cathode followerของสัญญาณบนกริดจะไม่ขยายสัญญาณ

สัญญาณที่แคโทดมีกระแสพิเศษทำให้สามารถขับโหลดอิมพิแดนซ์ให้ลดลงโดยไม่ต้องลดระดับเอาต์พุทหรือลดลง
ตามจำนวนที่น้อยลงของเอาต์พุทCathode follower นั้นสามารถเชื่อมต่อกับตัวควบคุมระดับเสียงและโทนเสียง
หรือวงจรอื่น ๆ ที่ต้องขับเคลื่อนด้วยความต้านทานต่ำ

เมื่อใช้หลอดเป็น Cathode follower แรงดันไฟฟ้าระหว่างแคโทดและไส้หลอดทำความร้อนมักจะเกิน
การจัดแรงดันไฟฟ้าเกิน ภายในองค์ประกอบของหลอดจะทำให้หลอดล้มเหลว น่าเสียดายที่ผู้ผลิตแอมป์หลอด
จำนวนมากไม่ได้ใช้ประโยชน์จากธรรมชาติของหลอดตรงนี้

อินเวอร์เตอร์
จำเป็นต้องใช้สัญญาณ 180deg ที่สมดุลอย่างสมบูรณ์สำหรับแอมพลิฟายเออร์พุชพูลคลาส AB วงจรอินเวอร์เตอร์
มีหลายรูปแบบและอินเวอร์เตอร์โหลดแบบแยกอาจจะแม่นยำที่สุด

แยกโหลดอินเวอร์เตอร์
การแบ่งโหลดอินเวอร์เตอร์เป็นการรวมกันของโหลดแอโนดและสาวกแคโทดและแสดงถึงการโหลดไปยังหลอด
พรีแอมป์ก่อนหน้า สัญญาณ 180deg สองตัวไม่เพิ่มขนาด ตัวต้านทานการตัดแต่งความสมดุลของ 1M
ในแบบคู่ขนานกับตัวต้านทานแคโทด 47k บางครั้งจำเป็นต้องปรับไปที่เอาท์พุทเพื่อให้พวกเขาอยู่ในระดับเดียวกัน

อินเวอร์เตอร์โหลดแบบแยกจะคงที่โดยไม่คำนึงถึงสภาพหรืออายุของหลอด 15 วัตต์ต่อตัวขยายช่องสัญญาณ
ที่ใช้หลอดเอาต์พุตขนาด 6BQ5 ขนาดเล็กสามารถขับเคลื่อนโดยตรงโดยอินเวอร์เตอร์โหลดแยก จำเป็นต้อง
ใช้วาวล์ไดรเวอร์ต่อไปนี้เพื่อเพิ่มสัญญาณกลับด้านให้อยู่ในระดับที่สูงขึ้นเพื่อขับ KT88 เพื่อให้ได้ 100 วัตต์

แคโทดคู่อินเวอร์เตอร์
แคโทดเชื่อมต่อกับอินเวอร์เตอร์ซึ่งมีหลายรูปแบบที่ใช้ในการขับเคลื่อนหลอดส่งออกโดยตรง นี่คืออินเวอร์เตอร์
ที่ใช้กันมากที่สุด แอมป์กีตาร์เกือบทุกตัวใช้อินเวอร์เตอร์นี้ ข้อได้เปรียบหลักคือมันขยายและสร้างสัญญาณ 180deg
ที่สมดุลสองสัญญาณภายในฟังก์ชันเดียว สิ่งนี้ทำให้หลอดจำนวนขั้นต่ำในการสร้างแอมป์โดยมีเหตุผล
ทางเศรษฐศาสตร์สำหรับการผลิตจำนวนมากเมื่อต้องการควบคุมต้นทุน

สัญญาณอินพุทไปที่ Grid ของ Triode แรกของ 12AX7 ตารางของ Triode ที่สองคือ AC อ้างอิงกับกราวด์
ผ่านตัวเก็บประจุ 0.1uF Cathode ของ Triode แรกตามสัญญาณอินพุท เนื่องจากทั้งสองแคโทดเชื่อมต่อกัน
Triode ที่สองจึงถูกบังคับให้ขยายสัญญาณเสียงในเฟสตรงกันข้าม

แต่อินเวอร์เตอร์แคโทดคู่ไม่สามารถสร้างสัญญาณสมดุล 180deg ได้ 2 สัญญาณ ขึ้นอยู่กับความแตกต่าง
ระหว่างครึ่งหนึ่งของ 12AX7 แต่ละผลลัพธ์นั้นไม่สอดคล้องกัน นอกจากนี้สัญญาณ 180deg สองตัว
จะแยกห่างกันมากขึ้นในระดับเดียวกับอายุหลอด

เขียนโดยJohn Burnett   แปลโดย นิคม พวงรัตน์

จบตอน  ติดตามตอนต่อไป


ภาพ สำหรับประกอบเรื่อง  ที่กำลังแปล