Представляю вашему вниманию перевод статьи 2010 года, оригинал на сайте Пасса.
здесь нет принципиальных схем для повторения. Но есть многолетний опыт старого телом, но молодого душой активного радиолюбителя который ищет философский камень секрета хорошего звука. Советую прочитать и ознакомиться.
Одной большой темой его исследований и размышлений является Dzen, я перевожу это как максимально простой, лучше однотранзисторный (не считая обвязки) усилительный каскад в силу своей простоты и минимума деталей позволяющий приоткрыть некоторые тайны звука.
Ниже перевод с моими минимальными сокращениями.
Arch Nemesis
Автор: Nelson Pass
Введение
На плакате с изображением Эйнштейна однажды было написано: «Вещи следует делать настолько простыми, насколько это возможно, но не проще». Это может быть применимо к аудиоусилителям, но если оценивать их субъективно, то простота может стать немного неуместной. Сам по себе минимализм обладает сильной привлекательностью, и существует обоснованное мнение, что меньшее число компонентов на пути сигнала позволяет передать больше информации с меньшей окраской.Если вам, как и мне, интересно понять, как мы слышим искажения нашим мозгом (а не нашими измерителями), вы, возможно, оцените, что простые схемы помогают этому. Я слушаю всевозможные схемы с дефектами, потому что мне нравится слышать различия, и это помогает тренировать мои уши. В связи с этим, уменьшение количества и типов дефектов упрощает настройку одного параметра и восприятие разницы. Думаю, верно и то, что «простые искажения» часто более простительны при прослушивании и меньше утомляют.
Немезида
В 1985 году Жан Хирага написал статью в двух частях, где, помимо прочего, была представлена конструкция очень простого усилителя на МОП-транзисторах под названием «Немезида». Статья под названием «Посвящение WE 25 B» воспевала классическую простоту в конструкции усилителей, в частности, усилителя Western Electric, в котором использовался одиночный триод, питаемый входным трансформатором и управляющий выходным трансформатором, как упрощенно показано на рисунке 1.В 1994 году я экспериментировал с похожими концепциями в усилителе Zen (рисунок 5).
Но была и другая причина отказа от трансформаторов в усилителях Zen: мощные МОП-транзисторы, используемые в них, и так вполне удовлетворяют напряжениям и токам, необходимым для громкоговорителей. Ламповые схемы работают при более высоких напряжениях и примерно в 10 раз меньших токах, поэтому ламповым усилителям мощности действительно необходим трансформатор для эффективного преобразования энергии сигнала в более высокий ток и более низкое напряжение при нагрузке 8 Ом.
Философия усилителей Zen требует минимального количества деталей. Компонент должен быть включен, но если изменить критерий необходимости с «лучше измерять» на «лучше звучать», то откроется потенциально иная перспектива.
Краткое отступление...
Среди аудиофилов распространено мнение, что измерения не так уж хорошо коррелируют с субъективным опытом. Это неудивительно – ухо/мозг – невероятно сложная система, и существует множество экспериментов, демонстрирующих, что наше понимание слуха ненамного лучше, чем наше понимание сознания, что само по себе нехорошо. Тот факт, что разные культуры и люди по-разному слышат известные «звуковые иллюзии», даёт нам ключ к разгадке, одновременно делая проблему ещё более трудноразрешимой. Я не ожидаю, что она будет хорошо понята при моей жизни.Некоторые «объективисты» считают субъективизм аудиофилов бредом, и они часто правы, но это не значит, что люди слышат так же, как и тестовое оборудование. В первой половине XX века существовала довольно чёткая связь между измеренными и воспринимаемыми характеристиками, но, вероятно, это было связано с довольно высоким уровнем искажений раннего оборудования, где искажение в 1% считалось вполне приемлемым. В наши дни часто можно увидеть усилители, показывающие 0,001% или даже меньше, но рынок аудиотехники, похоже, не особенно поощряет такие достижения.
Вернёмся к нашей программе...
Одно из преимуществ простых схем заключается в том, что они имеют лучшую корреляцию между объективными (измеренными) и субъективными (слышимыми) характеристиками. Похоже, что простая схема, которая измеряет хорошие характеристики, с большей вероятностью будет звучать лучше, чем сложная схема, которая лучше по измерениям. Более того, похоже, что простые усилители, такие как Nemesis и Zen, позволяют легче услышать различия между отдельными компонентами и сравнить эти субъективные различия с результатами измерений.Итак, зачем нужен выходной трансформатор?
Все компоненты имеют искажения. Мы можем довольно легко ранжировать их, основываясь на простых измерениях, таких как коэффициент гармонических искажений (THD) и изменениях АЧХ. Провода и резисторы возглавляют список, потому что, как правило, их возможный вред довольно низкий. Далее идут конденсаторы, которые дают небольшие, но легко измеряемые искажения. Внизу находятся активные элементы, такие как лампы и транзисторы. И трансформаторы.Трансформаторы сигнала, как правило, не пользуются большим уважением у объективных специалистов по твердотельным устройствам из-за проблем с полосой пропускания и искажениями. Хороший транзисторный усилитель можно построить и без них, что большинство и делает. Но Хирага не дурак, и, кроме того, существует небольшой аудиокульт, которому нравятся трансформаторы, даже если они не обязательны. Они используют их для выходной и входной развязки, регулировки громкости и пассивных фильтров. Часто это те же люди, которые презирают конденсаторы почти с теми же чувствами, что и сжатие MP3. Что не так с этими людьми и что не так с трансформаторами?
Немезида Яна Диддена
Кто знает, что не так с Яном? Что бы это ни было, похоже, он решил эту проблему, собрав копию Немезиды. Я слышал об этом, потому что он также похоже, хотел сделать их больше и поговорил с Джеком Эллиано на www.electra-print.com о заказе трансформаторов. В конце концов, он решил, что доставка в Европу слишком дорогая и спросил, не хотел ли кто-нибудь на форуме www.diyaudio.com взяться за этот проект? ...Это был я.Я и раньше проводил время с трансформаторами связи, но никогда по-настоящему не влюблялся в них, возможно, потому, что ещё не достиг уровня 10 000 часов прослушивания, необходимого для достижения аудиофильского уровня. В любом случае, пару лет назад я начал экспериментировать с трансформаторами, чтобы решить некоторые проблемы в нескольких будущих проектах усилителей Zen, и получил довольно неплохие результаты (достаточно хорошие для Zen, во всяком случае). Разработав несколько схем, я приобрёл набор трансформаторов и начал оценивать их характеристики, чтобы выбрать лучший. Они представляли собой широкий диапазон цен и материалов, и некоторые явно показывали лучшие результаты, чем другие, но когда я слушал их, меня привлекло звучание того, который показал не очень хорошие результаты.
Диссонанс, который создает измерение плохо/хорошо, требовал беспристрастного теста. Поэтому я собрал два одинаковых усилителя, за исключением трансформаторов – очень дорогой, который показал лучшие результаты, и скромный, который показал не очень хорошие результаты. Я отправил их для надёжного слепого теста с Джо Сэммутом, у которого на 10 000 часов больше прослушивания, чем у меня. Вердикт - «Этот действительно музыкальный, а тот не очень».
Что ж, это ещё один интересный момент: трансформатор, который при измерениях оказался лучше, проиграл тому, который хуже по результатам измерений. Возможно, если бы я хорошо знал французский, Хирага давно бы мне это объяснил.
Архитектор
Джек прислал мне пару хороших трансформаторов, и я приступил к созданию простой копии Немезиды, но с переменными значениями напряжения питания, входного постоянного смещения, сопротивления источника и сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора, как показано на рисунке 6.Во-первых, я хотел изучить ограничения трансформатора. Он представляет собой однотактную конструкцию с первичным сопротивлением 64 Ом и вторичным сопротивлением 8 Ом, что составляет примерно 2,8 к 1 соотношение витков. Максимальный постоянный ток первичной обмотки 1,3 А.
Характеристики
Оценка полосы пропускания и искажений проводилась при сопротивлении источника, питающего первичную обмотку, 25 Ом. Ток смещения и сопротивление источника являются важными факторами в этой схеме, поскольку они оказывают сильное влияние на искажения и частотную характеристику, особенно на низких частотах. Если ток смещения слишком велик, трансформатор насыщается на низких частотах, искажения увеличиваются, а частотная характеристика страдает, как показано на рисунке 7.На рисунке 8 показан пример искажений в зависимости от тока смещения, и мы видим, что для схем такого типа меньшее смещение улучшает нижние частоты, но большее смещение улучшает средние частоты.
Как и в случае с током смещения, регулировка импеданса источника даёт нам возможность исследовать потенциальные компромиссы в производительности. Снижение импеданса источника с помощью R2 улучшает характеристики трансформатора и снижает выходное сопротивление усилителя в целом (увеличивая коэффициент затухания для громкоговорителя), но нагружает усиливающий элемент, заставляя его работать сложнее для обеспечения необходимого напряжения и, как следствие, создавая больше искажений. Причина, по которой R1, R2 и R3 изменяются в этой схеме, заключается в возможности регулировки и оптимизации характеристик в зависимости от различных усилителей, громкоговорителей и предпочтений слушателя. Однозначного ответа нет, но позже мы рассмотрим пример, который хорошо работал в моей системе.
В качестве усилителя я использовал старый МОП-транзистор IRFP240 N-канального режима расширения, а также МОП-транзисторы Ixys IXTH6N50D2 и IXTH20N50D, работающие в режиме обеднения, оставшиеся от усилителя De-Lite (www.diyaudio.com).
Помимо МОП-транзисторов, у меня было три образца мощных JFET-транзисторов SemiSouth: SJEP120R100 и SJEP170R550 в режиме обогащения, а также SJDP120R085 в режиме обеднения. Этот последний компонент чуть не упустил из виду в этом проекте, поскольку я не был готов говорить о нём до его публичного раскрытия. Компоненты SemiSouth изготовлены из карбида кремния (SiC) и, несмотря на то, что разработаны для быстрого высокоэффективного переключения, они обладают превосходной линейностью, что приводит к меньшим искажениям.
В качестве первого шага я решил провести сравнительное сравнение характеристик усилителей. Используя схему на рисунке 6, я установил напряжение питания 32 вольта, R1 на 1 Ом, R2 на 36 Ом и R3 в открытом состоянии. Напряжение на выводе смещения варьировалось для каждого устройства, обеспечивая ток смещения 1,2 А.
Для каждого устройства измерялись отклик, искажения в зависимости от выходной мощности и искажения в зависимости от частоты. Эти данные были получены при нагрузке 8 Ом, а отклик и искажения в зависимости от частоты были получены при мощности 1 Вт и сопротивлении источника 25 Ом и 600 Ом от входного генератора сигнала.
На рисунке 9 представлена таблица, суммирующая результаты.
У меня нет ни времени, ни места, чтобы изучить все варианты различных номиналов компонентов с разными устройствами, но мы рассмотрим самый интересный пример – SJDP120R085. Экспериментируя наугад с регулируемыми номиналами и испытательным оборудованием, я остановился на варианте, который показался мне хорошим компромиссом, и представляю его здесь на рисунке 10.
Сравнивая показатели усилителя Nemesis Яна с усилителем Arch, я заметил, что оба они могут считаться усилителями мощностью около 6 Вт, при этом у усилителя Jan коэффициент усиления на 3–4 дБ больше. Arch обеспечивает примерно треть меньших искажений в средней полосе при мощности 1 Вт и немного лучшие показатели, чем у усилителя Jan при 6 Вт. Верхний диапазон трансформатора Яна имеет схожие показатели искажений, но имеет примерно на октаву более широкую полосу пропускания.
В нижней части усилителя Jan искажения не такие низкие, но немного меньше.
Навскидку думаю, что трансформатор Яна немного лучше, и готов поспорить, что он намного дороже, чем у Electra Print. Похоже, что транзистор SemiSouth Jfet был лучше, чем транзистор Яна, и я знаю, что он стоил гораздо дороже. В общем, я ожидаю сильного семейного сходства между двумя усилителями.
Итак, как это звучит?
Переносить собранные на макетной плате каналы усилителя к Hi-Fi-системе непросто. Я научился приклеивать детали, чтобы они не падали с фанеры. Рекомендую термоклеевой пистолет, так как никто не хочет ждать, пока силикон застынет. Я также научился зачищать места пайки и стягивать провода, чтобы они не зацепились и не закоротили. Никаких зажимов для проводов, и только промышленные регулируемые блоки питания. Завершив этот переход, я подключил его к своим двухполосным усилителям с открытыми акустическими панелями, раскачивая либо пару Lowther PM5A, либо Feastrex D9nf от 150 Гц и выше.Обе нагрузки – 16 Ом с КПД 96 и 92 дБ соответственно. Это представляет собой удачную нагрузку для этого усилителя, поскольку он не обладает большой мощностью или коэффициентом затухания, не требует больших низовых частот и не обладает большей полосой пропускания, чем усилитель.
Моим усилителем сравнения был F2J (F2 с SJEP120R100), который имеет сопоставимые коэффициент усиления, искажения в средней полосе, вторую гармоническую характеристику и также был настроен на коэффициент затухания 1. Это было хорошее совпадение, особенно учитывая, что F2J имеет гораздо более широкую полосу пропускания, что, как я ожидал, должно было подчеркнуть различия в верхних частотах с трансформатором. Вы, возможно, уже догадались, что мне нравится простая музыка. Одиночная гитара и вокал, негромкие джазовые трио и квартеты 50-х и начала 60-х, Элла Фицджеральд, Сара Воан, Нина Симон, современный лаунж и постмодернистская классика. Эти типы музыки раскрывают весь потенциал широкополосных динамиков и небольших усилителей. У меня очень научная процедура оценки звука – я сажусь и слушаю то, что мне нравится, столько, сколько хочу. Я искренне стараюсь выжать максимум из каждого тестируемого устройства, и обычно это занимает пару дней, и неизбежно впечатление выражается словами. В основном я ищу звук, который расслабляет меня, но при этом содержит много информации.
Если говорить о результате, этот усилитель делает именно это. Мне кажется, я слышу ограниченную полосу пропускания, но это не так уж важно. Звук немного более ламповый, чем у F2J, но это понятно – там есть трансформатор. В общем, он очень музыкальный и зажигательный.
Одна из интересных особенностей этого усилителя по сравнению с F2J заключается в том, что складывается впечатление, что ограниченная полоса пропускания высоких частот, как правило, фокусирует внимание на средних частотах, которые, как сказал Пол Клипш, являются нашей средой. Как будто меньшее количество отвлекающих факторов делает средние частоты более чёткими, парадоксальным образом раскрывая больше деталей.
Я вспоминаю свои впечатления от однотактных ламповых усилителей, которые у меня были в системе, и мне кажется, что Arch Nemesis справляется с меньшими искажениями у усилителей с обратной связью и менее выразительным характером усилителей без обратной связи. В этом смысле, я думаю, он предлагает и то, и другое.
Думаю, я могу смело рекомендовать этот усилитель любителям широкополосных драйверов и SET, особенно если вы любите экспериментировать с настройкой звука. Это не триод, но он близок к этому. Если выходное сопротивление вашего предусилителя составляет 1 кОм или больше, то вам стоит рассмотреть возможность использования SRDP1700R085 из-за его низкой входной ёмкости или буфера, например, схемы B1. ( www.firstwatt.com )
Замечания по сборке
Я постарался структурировать эти схемы таким образом, чтобы побудить вас к экспериментам, если вы решите собрать этот усилитель. Ни один из номиналов или деталей не является окончательным, и вы можете свободно экспериментировать с различными деталями и номиналами. В дополнение к обычным предостережениям о высоком напряжении, добавлю, что вам необходимо избегать слишком большого тока через транзистор и обеспечить достаточный теплоотвод транзистора – примерно 0,5 °C на ватт на канал. Я использовал коммерчески доступные регулируемые источники питания. Некоторые из них доступны по умеренной цене.На рисунке 13 показано, как можно настроить смещение для устройств, работающих в режиме обогащения.
© Nelson Pass 2010
*********************************************
Добавлю другую заметку. Не хочу обсуждать, просто покажу некоторые размышления и выводы, кое-что я подчеркнул.
***
Однотактные усилители класса A
Нельсон Пасс
Введение
Несимметричные усилители класса A, безусловно, добились большого успеха за четыре года, прошедшие с момента начала тестирования первого Aleph 0. Это просто очередная мода в аудиоиндустрии или в подобной конструкции есть что-то фундаментальное, оправдывающее возрождение старых подходов к усилению?
Когда я начал разрабатывать усилители двадцать пять лет назад, твердотельные усилители только-только прочно заняли свои позиции на рынке. Важнейшими показателями были мощность и коэффициент гармонических искажений, и крупнейший аудиожурнал утверждал, что усилители с одинаковыми характеристиками звучат одинаково.
Мы слышали триоды, пентоды, биполярные, VFET, MOSFET, TFET-лампы, IGBT, гибриды, искажения THD, интермодуляционные искажения, искажения TIM, фазовые искажения, квантование, обратную связь, вложенную обратную связь, отсутствие обратной связи, прямую связь, стазис, гармоническую синхронизацию, высокую скорость нарастания выходного сигнала, класс AB, класс A, чистый класс A, класс AA, класс A/AB, класс D, класс H, постоянное смещение, динамическое смещение, оптическое смещение, смещение в реальном времени, устойчивое смещение плато, мощные источники питания, интеллектуальные источники питания, стабилизированные источники питания, раздельные источники питания, импульсные источники питания, динамический запас по перегрузке, высокий ток, балансные входы и балансные выходы.
Должен признать, что за некоторые из них я сам отвечаю.
Однако, за исключением записанного в цифровом формате исходного материала, мало что изменилось. Твердотельные усилители по-прежнему доминируют на рынке, крупнейший аудиожурнал всё ещё не слышит разницы, а многие аудиофилы всё ещё цепляются за свои лампы. Оставив в стороне примеры маркетинговой шумихи, мы наблюдаем множество попыток улучшить звучание усилителей, каждая из которых направлена на устранение предполагаемого недостатка.
Попытка использовать характеристики для описания тонкостей звуковых характеристик потерпела неудачу. Усилители с аналогичными параметрами не равноценны, а продукты с большей мощностью, более широкой полосой пропускания и меньшим уровнем искажений не обязательно звучат лучше. Исторически сложилось так, что усилитель, обеспечивающий наибольшую мощность, или наименьшие интермодуляционные искажения, или наименьший коэффициент гармонических искажений, или наибольшую скорость нарастания выходного напряжения, или наименьший уровень шума, не стал классикой и даже не имел более чем скромного успеха. Долгое время в техническом сообществе существовала вера в то, что в конечном итоге некий объективный анализ примирит субъективные впечатления критически настроенного слушателя с лабораторными измерениями. Возможно, это произойдет, но пока аудиофилы в основном отвергают стендовые характеристики как индикатор качества звука. Это уместно. Оценка звука — это полностью субъективный человеческий опыт. Мы не должны позволять цифрам определять качество звука, как не должны позволять химическому анализу быть арбитром хорошего вина. Измерения могут дать некоторое представление о сути, но не заменяют человеческого суждения.
Зачем мы вообще пытаемся свести субъективное восприятие к объективным критериям? Тонкости музыки и воспроизведения звука — для тех, кто их ценит. Различение по числам — для тех, кто не ценит.
Если продолжать увеличивать ток смещения далеко за пределы рабочей точки, улучшения, по-видимому, достигаются при токах смещения, значительно превышающих уровень сигнала. Обычно уровни, задействованные в наиболее критическом прослушивании, составляют всего несколько ватт, но усилитель, смещенный на величину в десять раз больше, как правило, будет звучать лучше, чем усилитель, смещенный на несколько ватт.
По этой причине предпочтительны схемы, работающие в так называемом «чистом» классе А, поскольку их токи смещения большую часть времени значительно превышают сигнал. Как уже упоминалось, каскады усиления предусилителя и входные каскады усилителей мощности обычно представляют собой несимметричные усилители «чистого» класса А, и поскольку уровни сигнала составляют доли ватта, КПД схемы не важен.
«Чистота» схем класса А в последние несколько лет вызывала вопросы, поскольку «чистый» класс А в общих чертах определялся как тепловыделение в режиме холостого хода, более чем вдвое превышающее максимальную выходную мощность усилителя. Для 100-ваттного усилителя это будет 200 Вт, превышающих максимальную мощность усилителя, постоянно. Конструкции, в которых смещение изменяется в зависимости от музыкального сигнала, как правило, имеют токи смещения на уровне или ниже уровня сигнала. Это, безусловно, улучшение с точки зрения энергоэффективности, но звук отражает меньшую точку смещения.
Исходя из предположения, что каждый процесс, который мы производим с сигналом, будет слышен, лучшие усилители должны использовать наиболее естественные процессы.
В этой цепи есть один элемент, который мы не можем изменить или улучшить, — это воздух. Воздух определяет звук и служит естественным эталоном.Практически все усилители на рынке основаны на модели симметрии «тяни-толкай». Топология симметрии «тяни-толкай» не имеет конкретной основы в природе.
Возможно ли использовать характеристики воздуха в качестве модели для проектирования усилителя? Если вы признаете, что любая обработка оставляет свой след в музыке, то ответ — да.
Один из самых интересных Одной из важных характеристик воздуха является его несимметричность. Звук, распространяющийся в воздухе, определяется уравнением газа:
PV1.4 = 1,26 x 104
где P — давление, а V — объём. Небольшая нелинейность, обусловленная характеристикой воздуха, обычно не считается существенной при нормальных уровнях звука и сопоставима с коэффициентами искажений высокоточных усилителей. Эти искажения, как правило, становятся заметны только в горлах рупоров, где уровни интенсивного давления во много раз превышают уровни в устье, а гармоническая составляющая может достигать нескольких процентов.
Мы можем нагнетать воздух и увеличивать давление на произвольную величину, но не можем его растягивать. Мы можем лишь позволить ему расслабиться и заполнить пространство по своему усмотрению, и давление никогда не опустится ниже нуля. При нагнетании воздуха увеличение давления больше, чем соответствующее уменьшение при его расширении. Это означает, что при заданном движении диафрагмы, действующей на номинальную выходную мощность.
Несимметричный режим работы не нов. Он обычно встречается в низкоуровневых схемах лучших предусилительных каскадов и в схемах входного каскада лучших усилителей мощности. Первые ламповые усилители мощности представляли собой однотактные схемы, в которых одна лампа питала первичную обмотку трансформатора.
В 1977 году я разработал и опубликовал в журнале Audio Magazine однотактный усилитель класса А с биполярными повторителями, смещенными от источника постоянного тока. Значительное количество радиолюбителей собрали это устройство с номинальной выходной мощностью 20 Вт, и многие отметили его уникальное звучание. Это один из немногих доступных примеров однотактного выходного каскада на твердотельном носителе.
Однотактный режим работы класса А менее эффективен, чем двухтактный. Однотактные усилители, как правило, больше и дороже двухтактных, но имеют более естественную передаточную характеристику.
Очень важным фактором при создании усилителя с естественной характеристикой является выбор усилителей. Подходящей является несимметричная топология класса A, и нам нужна характеристика, в которой положительная амплитуда немного больше отрицательной. Для усилителя тока это означает плавное увеличение коэффициента усиления с током, а для лампового или полевого прибора – плавное увеличение крутизны с током.
У триодов и МОП-транзисторов есть полезная общая характеристика: их крутизна имеет тенденцию увеличиваться с током. У биполярных силовых транзисторов коэффициент усиления немного увеличивается до достижения тока порядка одного ампера, а затем снижается при более высоких токах. В целом, использование биполярных транзисторов в несимметричных схемах нецелесообразно.
Ещё одно преимущество ламповых и полевых транзисторов заключается в высокой производительности, которую они обеспечивают в простых схемах класса A. Представленные на рынке биполярные схемы имеют от четырёх до семи каскадов усиления, связанных с сигнальным трактом, но с ламповыми и МОП-транзисторами хорошие объективные характеристики достигаются при использовании всего двух или трёх каскадов усиления в сигнальном тракте.
Третье преимущество ламповых и МОП-транзисторов перед биполярными устройствами заключается в их большей надёжности при высоких температурах. Однотактные усилители мощности рассеивают сравнительно большую мощность и сильно нагреваются.
При выборе между триодами и МОП-транзисторами преимущество МОП-транзистора заключается в возможности работы при напряжениях и токах, которые мы хотим подать на громкоговоритель. Попытки создать однотактный триодный усилитель мощности с прямой связью были серьёзно ограничены высокими напряжениями и малыми анодными токами, характерными для ламп.
Мощные МОП-транзисторы обладают интересной особенностью: они вносят относительно высокие искажения, пока через них не пройдёт достаточно большой ток. Это делает их очень подходящими для работы в чистом классе A, особенно в однотактном режиме. Это также делает их гораздо менее подходящими для работы в классах B и AB, где их характеристики становятся существенно нелинейными вблизи точки отсечки и требуют значительной коррекции отрицательной обратной связи для обеспечения чистого выходного сигнала.
Не все мощные МОП-транзисторы одинаковы. Ранние МОП-транзисторы обладали множеством преимуществ.
Как и в искусстве, классические аудиокомпоненты являются результатом индивидуальных усилий и отражают единую философию. Они создают субъективное и объективное представление о качестве, которое должно быть оценено по достоинству. Крайне важно, чтобы схема аудиокомпонента отражала философию, которая в первую очередь учитывает субъективную природу его характеристик.
Не имея возможности полностью объективно охарактеризовать характеристики, мы должны отстраниться от полученной формы сигнала и принять во внимание процесс, посредством которого она была достигнута. История того, что было сделано с музыкой, важна и должна рассматриваться как часть результата. Всё, что было сделано с сигналом, заложено в нём, пусть даже неявно.
Опыт сопоставления хорошего звука со знанием конструкции компонентов даёт некоторые общие рекомендации относительно того, что будет звучать хорошо, а что нет.
Простота и минимальное количество компонентов — ключевой элемент, и это хорошо отражается на качестве y ламповых схем. Чем меньше компонентов последовательно соединено с сигнальным трактом, тем лучше. Это обычно верно, даже если добавление всего одного каскада усиления улучшит измеряемые характеристики.
Характеристики усилителей и их применение важны. Важны индивидуальные различия в характеристиках одинаковых устройств, а также различия в топологии. Все устройства, несущие сигнал, вносят свой вклад в ухудшение качества, но есть и некоторые особенности, заслуживающие внимания. Нелинейности низшего порядка в значительной степени аддитивны по качеству, внося ложную теплоту и окраску, в то время как резкие нелинейности высокого порядка аддитивны и вычитательны, добавляя резкость и теряя информацию из-за интермодуляции.
Требуется максимальная собственная линейность. Это характеристики усилительных каскадов до применения обратной связи.
Опыт показывает, что обратная связь — это вычитающий процесс; она устраняет искажения сигнала, но, по-видимому, также и часть информации. Во многих старых конструкциях низкая собственная линейность корректировалась за счет применения большой обратной связи, что приводило к потере теплоты, пространства и детализации.
Высокий ток холостого хода, или смещение, весьма желателен для максимизации линейности и даёт эффект, который не только легко измерить, но и продемонстрировать: возьмите усилитель класса A или другой усилитель с высоким смещением и сравните звучание при полном смещении и при уменьшении смещения. (Регулировка смещения легко выполняется, поскольку практически каждый усилитель имеет потенциометр регулировки смещения, но делать это следует очень осторожно). В качестве эксперимента преимущество заключается в том, что он изменяет только смещение и ожидания экспериментатора.
При уменьшении смещения восприятие глубины сцены и объёма, как правило, ухудшается. На это восприятие глубины влияет величина тока смещения воздуха, положительные возмущения давления будут немного больше отрицательных. Отсюда следует, что воздух чувствителен к фазе.
Вследствие своей несимметричности, гармонический состав воздуха в основном второго порядка, и большая часть искажений одного тона приходится на вторую гармонику. Характеристика искажений воздуха монотонна, то есть продукты его искажений плавно уменьшаются по мере снижения акустического уровня. Это важный элемент, который часто упускался из виду при проектировании аудиотехники и который отражался в низком качестве ранних твердотельных усилителей и цифро-аналоговых и аналогово-цифровых преобразователей. Они немонотонны: искажения увеличиваются с уменьшением уровня.
Обычно электрический сигнал аудиосигнала представляет собой переменный ток без постоянной составляющей. Звук представляется как переменное напряжение и ток, где положительные напряжения и ток чередуются с отрицательными в обратном и симметричном порядке. Эта удобно, поскольку позволяет использовать энергоэффективную конструкцию для каскадов усилителей мощности, известную как двухтактная схема, где «плюс» усилителя попеременно работает с «минусом». Каждая сторона двухтактного усилителя обрабатывает аудиосигнал попеременно: «плюс» подаёт положительное напряжение и ток на громкоговоритель, а «минус» — отрицательное напряжение и ток.
Проблемы двухтактных усилителей, связанные с искажениями кроссовера, подробно обсуждались ранее, и одним из основных результатов является немонотонность. Класс B и многие схемы AB имеют искажения, которые значительно возрастают с уменьшением сигнала. Они значительно уменьшаются в режиме класса A, но искажения кроссовера сохраняются в виде скачка низшего порядка на передаточной характеристике.
Для максимально естественного воспроизведения музыки симметричный режим «тяни-толкай» не является лучшим подходом. Воздух несимметричен и не обладает характеристикой «тяни-толкай». Звук в воздухе представляет собой возмущение вокруг точки положительного давления. Существует только положительное давление, более сильное положительное давление и менее сильное положительное давление.
Описания «тяни-толкай» часто иллюстрируют этот тип работы картинкой двух мужчин, пилящих дерево вручную, по одному с каждой стороны пилы. Конечно, это эффективный способ рубки деревьев, но можете ли вы представить себе двух мужчин, играющих на скрипке?
Аналогия со скрипкой или подобным струнным инструментом прекрасно иллюстрирует работу в однотактном режиме и показывает управляемость и точность, которых можно достичь, когда только один усилитель управляет характеристиками каскада усиления.
Напротив, двухтактные схемы класса A используют два противоположно расположенных усилителя, формирующих выходной сигнал. Хотя это эффективно и экономично в промышленном масштабе, это не самый точный способ усиления сигнала. Двухтактные схемы приводят к появлению нечётных гармоник, где фазовое выравнивание отражает компрессию как на положительных, так и на отрицательных пиках, а также нелинейность перехода вблизи нулевой точки.
Только одна линейная топология схемы обеспечивает подходящую характеристику — это однотактный усилитель. Однотактное усиление доступно только в чистом классе A и является наименее эффективным видом усилителя мощности, который вы можете создать.
Кроме того, рассматривая схемы ранних и даже современных усилителей на МОП-транзисторах, мы видим, что их обычно просто использовали в качестве замены биполярным транзисторам в схемах классов B и AB, не обращая внимания на их особые требования к линейности и не используя их уникальные характеристики.
Учитывая характеристики МОП-транзисторов, легко понять, почему ранние и даже современные усилители, использующие их, не достигли уровня звуковых характеристик, который, казалось бы, могли предложить эти устройства.
Обещание, связанное с крутизной характеристик усилителей мощности, обеспечивающих наиболее реалистичное воспроизведение музыки, лучше всего выполняется МОП-транзисторами в однотактных схемах класса A, где они используются очень просто и с очень большими токами смещения.
В прошлом году я опубликовал проект однотактного усилителя мощности класса A в журнале The Audio Amateur Magazine. В нём используется всего один каскад усиления для всего усилителя. Названный усилителем Zen, он демонстрирует предельную простоту, которую можно достичь с помощью МОП-транзисторов, работающих в однотактном режиме класса A, и высоких объективных и субъективных характеристик. Более подробную информацию об усилителе Zen и его преемнике, Son of Zen, можно найти на сайте The Audio Amateur.
В настоящее время альтернативой являются однотактные триодные усилители с трансформаторной связью, в которых используются очень большие трансформаторы с зазорами в сердечнике, чтобы избежать насыщения сердечника высоким постоянным током. Эти конструкции отражают более традиционный подход к однотактному усилению. Они страдают от слабосвязанных трансформаторов, более ограниченной мощности и более высоких измеряемых искажений, чем их твердотельные аналоги, однако они по-прежнему устанавливают стандарт чистоты звучания в среднем диапазоне и не должны сбрасываться со счетов.
Помимо простоты использования, основное преимущество МОП-транзисторов перед лампами заключается в том, что они работают при напряжениях и токах, соответствующих громкоговорителям, без преобразования и не требуют выходного трансформатора.
Независимо от типа усилителя, в системах, где целью является максимально естественное воспроизведение звука, предпочтительными топологиями являются простые несимметричные схемы класса A.
Последнее редактирование:
