Написал С. Агеев
Вторник, 17 Февраль 2004

Можно ли на отечественных компонентах создать усилитель, который бы успешно конкурировал с любым фирменным? Автор публикуемой статьи на этот вопрос ответил утвердительно. Причем в УМЗЧ он использовал биполярные транзисторы и операционные усилители.

На отечественных компонентах этот сверхлинейный усилитель с глубокой и широкополосной обратной связью обеспечивает долговременную мощность до 150 Вт на нагрузке 4 Ом. Применением импортных компонентов можно увеличить мощность в нагрузке 8 Ом до 250 Вт. Он способен работать на комплексную нагрузку, имеет защиту от перегрузки по входу и выходу. Интермодуляционные искажения УМЗЧ настолько малы, что автор вынужден был измерять их на радиочастотах. Конструкция и печатная плата, разработанные автором, представляют образец для обучения “разводке” монтажа широкополосных устройств.

Некоторое время назад среди аудиофилов и радиолюбителей преобладало мнение, что по-настоящему высококачественный УМЗЧ обязательно должен быть выполнен на лампах. В качестве обоснования высказывалось много суждений. Однако, если отбросить совсем уж надуманные, то останутся всего два. Первое – искажения, вносимые ламповым усилителем, приятны на слух. Второе – нелинейности в ламповых усилителях более “гладкие” и дают значительно меньше продуктов интермодуляции.

Надо сказать, что и то, и другое подтверждается практикой. Более того, давно существует даже специальный прибор обработки звука – эксайтер, действие которого основано именно на внесении искажений четных порядков в высокочастотную часть спектра. В ряде случаев применение эксайтера позволяет улучшить проработку инструментов и голосов второго-третьего плана, придать дополнительную глубину звуковой сцене. Подобный эффект в усилителе может быть приятен, иногда даже полезен. Тем не менее внесение “хорошо звучащих” искажений все-таки относится скорее к прерогативе звукорежиссера, нежели самого УМЗЧ. Что же касается достижения верности звуковоспроизведения, то с этой точки зрения необходимо добиваться устранения искажений, вносимых усилителями и громкоговорителями. Тема снижения искажений, вносимых громкоговорителями, была ранее затронута в статье [1]. Здесь же речь пойдет о “классических” УМЗЧ с малым выходным сопротивлением, поскольку они все же более универсальны, чем УМЗЧ с “токовым” выходом.

С первого взгляда может показаться, что при сегодняшнем уровне техники спроектировать усилитель “прозрачным” совсем несложно, и дебаты вокруг этой проблемы – лишь плод рекламной шумихи. Отчасти так оно и есть: если наладить массовый выпуск безупречного УМЗЧ, то спустя некоторое время отрасль промышленности, производящая эти усилители, на мой взгляд, попросту останется без сбыта.

Автору этих строк приходилось разрабатывать ламповые и транзисторные прецизионные усилители для измерительной техники, ремонтировать и настраивать различную аппаратуру – преимущественно зарубежного производства. Естественно, проводились измерения параметров и оценка конструкций. Причем не только по стандартным (для звуковой техники) методикам, но и по более информативным, в частности, путем анализа спектра выходного сигнала при многотональном входном сигнале.( При этом на вход усилителя подается сигнал, состоящий из суммы синусоид примерно равной амплитуды с частотами, пропорциональными некоторому набору взаимно простых, т. е. не имеющих общих множителей, чисел.)

Подобная методика широко применяется для контроля усилителей, используемых в технике дальней кабельной связи, поскольку требования к “незагрязнению” спектра проходящего через них сигнала очень жестки (в линии связи последовательно включены тысячи таких усилителей, и их искажения суммируются). В качестве примера: усилители для системы К-10800 имеют уровень интермодуляционных искажений ниже -110 дБ в полосе частот около 60 МГц.

Ясно, что получить такие характеристики непросто: квалификация разработчиков подобных усилителей должна быть весьма высокой. К сожалению, предприятия, производящие аудиотехнику, видимо, довольствуются менее квалифицированными разработчиками, за исключением разве что Руперта Нива – конструктора пультов звукозаписи Neve и Amek. Замечу, что последний пульт Нива (9098i), получивший восторженную оценку профессионалов звукозаписи, целиком полупроводниковый, а его усилители имеют очень большую глубину ООС. Примечательно, что в свое время Нив разработал много ламповых пультов, большинство из которых считались эталонными.

Имея, таким образом, пищу для сравнений и будучи человеком дотошным, автор пришел к выводу, что во многих случаях реальное качество работы большинства полупроводниковых, да и ламповых УМЗЧ оказывается значительно хуже, чем следует из результатов измерений по стандартным для аудиоаппаратуры методикам. Известно, что многие из них были приняты под давлением коммерческих обстоятельств и весьма далеки от жизненных реалий.

Хорошим примером может служить перечень требований к способу измерения шумов, представленный Р. Долби в его статье с описанием предложенной им методики CCIR/ARM2K. Вторым пунктом в этом перечне стоит “…коммерческая приемлемость: ни один изготовитель не пойдет на применение новой методики, если цифры, получаемые при измерении, будут хуже, чем при применении существующих…”. Предложенная Р. Долби замена пикового измерителя на измеритель средневыпрямленного значения улучшила параметры примерно на 6 дБ, а уменьшение коэффициента передачи взвешивающего фильтра в два раза привело к общему “выигрышу” 12 дБ. Неудивительно, что такая методика была тепло встречена многими изготовителями.

Аналогичный “финт” частенько делается и при измерении нелинейных искажений: запись, сделанная в паспорте усилителя, – “0,005 % THD в диапазоне частот 20 Гц – 20 кГц” чаще всего означает лишь то, что гармоники сигнала с частотой 1 кГц, попадающие в упомянутую полосу частот, не должны превышать указанной величины, однако она ничего не говорит об искажениях на частоте, скажем, 15 кГц. Некоторые изготовители полагают, что подключать нагрузку к усилителю, проводя измерения искажений, совершенно необязательно, при этом в паспорте мелким шрифтом указывают: “…при выходном напряжении, соответствующем мощности ХХ Ватт на нагрузке 4 Ома…”.

Совсем не редкость также, когда усилитель, имеющий по спецификации “менее 0,01 % THD” на частоте 1 кГц, работая на реальную нагрузку (с кабелями и акустической системой), показывает интермодуляционные искажения по весьма щадящему стандарту SMPTE (На вход усилителя подаются два синусоидальных сигнала с частотами 60 Гц и 7 кГц, отношение их амплитуд 4:1, а результатом измерения считается относительная величина модуляции амплитуды высокочастотного сигнала – низкочастотным.) на уровне 0,4…1 %, а иногда и больше. Иными словами, интермодуляционные искажения уже на умеренно высоких частотах при работе на реальную нагрузку оказываются намного выше пресловутого коэффициента гармоник. Подобное явление характерно и для многих ламповых УМЗЧ, охваченных обратной связью по напряжению.

При анализе спектра многотонального сигнала, усиливаемого подобным усилителем, обнаруживается немало комбинационных составляющих. Их количество и общая мощность с увеличением числа составляющих входного сигнала возрастают практически по факториальному закону, т. е. очень быстро. При воспроизведении музыки на слух это воспринимается как “грязное”, “непрозрачное” звучание, обычно называемое “транзисторным”. Кроме того, зависимость уровня искажений от уровня сигнала далеко не всегда оказывается монотонной. Бывает, что при уменьшении уровня полезного сигнала мощность продуктов искажений не уменьшается.

Оставить комментарий

Почта (не публикуется) Обязательные поля помечены *

*

Вы можете использовать эти HTML теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

НОВОСТИ САЙТА:

Открылся раздел - Datasheet,
Скоро мои Видео-уроки - обзор
программ для моделирования.

Мои видео:

Календарь

Апрель 2013
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
     
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  

Комментарии

Архивы

Рубрики

Счётчик посещаемости