Бюджетные усилители «Super - А» класса с выходным каскадом на биполярных транзисторах-часть 1

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Алексей Ковальский, г. Киев
В статье приводится обзор усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) радиолюбительской разработки, позиционируемых как усилители класса «Super - А». Статья адресована в основном тем читателям журнала, которые привыкли думать самостоятельно, и обладают достаточной квалификацией. Надеюсь, что приведенная ниже информация окажется для них полезной.
К написанию данной статьи подтолкнула попытка реанимации (проведения профилактического ремонта) заслуженного, с более чем двадцатилетним стажем работы, усилителя Брагина образца 1990 г. [1]. В процессе проведения работ возникло желание заменить примененный в усилителе ОУ современным и собрать еще один экземпляр этого УМЗЧ. В процессе выполнения задачи поиска подходящего ОУ, в Интернете был обнаружен значительный объем полезной информации, относящийся к современным разработкам усилительных устройств, и сделаны соответствующие выводы. Некоторые из них будут кратко изложены ниже.

Начнем с краткого описания самой идеи режима «Super - А», а затем обнаруженных в сети проектов (всего лишь 2), являющихся прямым ее продолжением. Еще два УМЗЧ радиолюбительской разработки, вклинившиеся в этот обзор, актуальны и по сей день. Их исходные схемы взяты со страниц журнала «Радио».
--------- Класс «Super - А».
Многим, наверное, небезынтересным будет выяснить, а что же это такое, этот пресловутый режим «Super - А», давно запатентованный (патент US4274059) и используемый в усилителях производства JVC, и что он в итоге дает. В этом случае лучше всего будет обратиться к первоисточникам [2, 3], но в двух словах все выглядит следующим образом: введение в усилитель, работающий в режиме АВ или даже В, дополнительных цепей «слежения и управления» током покоя усилителя (см. рисунок), не дающим закрываться транзисторам неактивного плеча (естественно, имеется в виду двухтактный УМЗЧ), т.е. принудительно поддерживается незначительный остаточный сквозной ток выходного каскада.

Форма изменения этого тока тоже должна иметь определенный вид и быть согласована с током покоя усилителя, что необходимо для последующего максимально правильного совмещения обеих полуволн сигнала. Что это дает? В первую очередь, резко ограничивается спектр гармоник на выходе УМЗЧ. Вместо привычных двадцати пяти и более гармоник, останутся, к примеру, только от четырех до пяти, и величина их будут ниже, чем в прототипе класса АВ [2]. Но даже при одинаковом КНИ, усилитель с ограниченным спектром гармоник, естественно, будет звучать лучше. В качестве дополнительного бонуса будет пресечена попытка «проглотить» часть полезного сигнала малого уровня процессами переключения плеч усилителя. Также отсутствует разрыв слежения петли общей ООС УМЗЧ, вызывающий динамические искажения. В результате получим четкость и детальность звуковой картины на уровне добротных усилителей, работающих в чистом классе А, при сохранении КПД, характерного для усилителей класса АВ. Такой режим еще называют «экономичным классом А», хотя у данного русскоязычного названия могут присутствовать еще и другие интерпретации. Первоначально название «Super - А» не более чем маркетинговый ход, который просто означает, что в данном усилителе применены определенные схемотехнические решения, реализующие описанные выше преимущества в сравнении с обычным стандартным исполнением двухтактного УМЗЧ.
-------
Усилия разработчиков транзисторных усилителей давно уже направлены на поиск технических решений, исправляющих присущие им недостатки. В рассматриваемом случае на уменьшение искажений в области нуль-перехода сигнала, характерных для класса АВ, стараясь удержать транзисторы неработающего плеча усилителя от полного запирания путем динамического управления его смещением (так называемый, режим «Super - A» и аналогичные) или создать схемотехническую структуру, сглаживающую начальный, наиболее нелинейный участок ВАХ и биполярных транзисторов. Характерные для режимов «Super - А» и АВ осциллограммы продуктов нелинейности, полученные с выхода измерителя нелинейных искажений, на которые для наглядности наложен исходный синусоидальный сигнал, показаны на рис.1.

Применение на выходе УМЗЧ полевых транзисторов, вопреки распространенному мнению, проблему не устраняет: «В момент перехода плеча в неактивное состояние происходит «звон» на индуктивностях конструктива. Поэтому важно обеспечить минимальные длины проводников от полигонов платы до самих транзисторов (в идеале -транзисторы впаяны в плату), безындуктивные эмиттерные резисторы и т.п. Об этом уже многократно говорилось. Поскольку причина возникновения искажений не в транзисторах, то и методы борьбы идентичны. Либо «вылизывание» конструктива, либо недопущение перехода плеча в режим отсечки, а лучше всё вместе [4]».
Изложенное выше, к сожалению, относится не ко всем разработчикам. К примеру, Н. Сухов в своей статье «К вопросу об оценке линейных искажений УМЗЧ» [5] практически прямо заявляет, что он ничего не понял, разницы не услышал, или не заметил и не собирается работать в этом направлении. Его слова «Проведенные автором испытания ряда усилительных устройств с динамическим смещением транзисторов выходного каскада (Super А фирмы JVC, Non Switching фирмы Pioneer, New Class А фирмы Technics) показали, что действие динамического смещения ощутимо только при малых токах покоя выходных каскадов (менее 20...30 мА), а при больших токах оно практически не влияет на линейность усилителя. Другими словами, каскады с динамическим смещением позволяют практически устранить «ступеньку» при токе покоя выходных транзисторов порядка 15...20 мА вместо 50... 100 мА, но в то же время требуют значительного усложнения схемы (наиболее совершенное усилительное устройство с динамическим смещением - «Super-А» реализуется на 11 транзисторах) и заметно ухудшают термостабильность тока покоя, не изменяя линейность усилителя в режиме номинальной мощности и не улучшая КПД усилителя» однозначно на это указывают.
Причем автор не удосужился даже информировать читателя, какие именно усилительные устройства им были испытаны. Это, естественно, наталкивает на мысль, основанную на ряде приводимых автором якобы обнаруженных им недостатков решения, что под веским определением «ряд усилительных устройств» скрывается всего лишь одно [2]. Статья предшествует ряду публикаций этого же автора под названием «УМЗЧ высокой верности», и поэтому позиция автора в этом вопросе становится абсолютно понятной. Уровень этой его разработки кратко и грамотно рассмотрен в [6]. Фактически Н. Сухов своей публикацией надолго перекрывает направление развития схемотехники УМЗЧ, заданное Ю. Митрофановым [2]. По этой же причине появление в 1990 г УМЗЧ Брагина [1] прошло незамеченным. Тем не менее, это направление радиолюбительских
разработок до сих пор живет. Рассмотрим некоторые из разработок в этой области.
УМЗЧ проекта «Натали»
Все его построение [7] зиждется на базе усилителя Брагина. Режим «Super-А» как таковой отсутствует. Вместо него используется жесткая стабилизация остаточного тока покоя не активного плеча выходного каскада усилителя [11]. Полностью отследить историю создания данного аппарата не представляется возможным ввиду того, что разработчик проекта на текущий момент удалил практически все промежуточные схемотехнические решения. Сам проект «Натали» является явно коммерческим.
Случайно обнаруженные не окончательные варианты схем этого усилителя выглядят, тем не менее, на первый взгляд более привлекательными, чем некоторые последующие их версии, и вполне работоспособными. В них было использовано весьма оригинальное и интересное решение - оп-тронное управление коллекторными токами транзисторов выходного каскада, в последствии заме-щенное относительно тривиальным, но более быстродействующим вариантом.
В настоящее время присутствует несколько версий этого усилителя, в основном отличающихся максимальной выходной мощностью. Позиционируются данные версии как Ноmе и Pro. Повторять или не повторять этот УМЗЧ - это личное дело каждого, но надо учитывать, что в настоящее время ведется разработка очередной версии этого УМЗЧ с существенно сниженным коэффициентом нелинейных искажений (КНИ).
УМЗЧ Лайкова
Происхождение его [8] легко узнаваемо и представляет собой не совсем удачный симбиоз из входных цепей усилителя Брагина и оконечного каскада, заимствованного у усилителя В. Жбанова образца 1983 г. [9]. Исходная версия усилителя Лайкова абсолютно неинтересна и провоцирует эффект неприятия специалистами, с чем автор сразу же и столкнулся, только попытавшись опубликовать свою разработку в одном из журналов радиотехнического направления.
Тем не менее, находятся люди, весьма далекие от знания удачных схемотехнических решений 1980-х годов, которые готовы поучаствовать в строительстве и доводке данного усилителя. В результате коллективных стараний появилась на свет относительно интересная версия этого усилителя под номером 6 («Лайков v.6», см. рис.2), назначенная автором в последствии «базовой». До этого базовой значилась исходная версия усилителя.

Режим «Super - А» отсутствует. Используется простое решение, известное в прошлом веке как «усилитель с компенсацией нелинейности амплитудной характеристики» [10].
Показательно, что номиналы элементов корректирующих цепей разных версий усилителей повторяются один в один и исходно использованы в УМЗЧ Брагина. Эти УМЗЧ уже давно разные по схемотехнике, а цепи коррекции у них одинаковы. Возникает закономерный вопрос, адресованный к разработчику: «а умеет ли он самостоятельно корректировать усилители?». Усилитель Лайкова подкупает своей простотой и неплохими заявленными характеристиками.
УМЗЧ Брагина

В нём [1] использует режим, очень близкий по характеру и форме коллекторных токов к исходному «Super-А», однако схемотехническое решение узла управления базируется не на разработке ин-женеров JVC, а на базе промелькнувшего в журнале «Wireless World» в 1987 году [11] схемотехнического решения стабилизации тока покоя транзисторов оконечного каскада усилителя. Дополнительно было введено слежение за выходным напряжением усилителя, что позволило превратить эти цепи стабилизации в цепи управления, практически полностью повторяющие результат работы цепей, формирующих режим «Super - A» в усилителях марки JVC.

Такое интересное и лаконичное решение, в совокупности с грамотно выполненной стыковкой транзисторной части усилителя с ОУ, использованном во входных цепях (прототипом данного решения для Брагина является усилитель 1970-х годов производства компании Tesla [12]), обеспечивает очень высокие характеристики УМЗЧ в целом.
УМЗЧ Митрофанова
Одна [2] из первых реализаций попыток повторить принцип, заложенный в усилителях, использующих, так называемый, режим «Super-А», простыми и доступными средствами. Усилитель можно характеризовать как «условно работоспособный», хотя для своего времени (1986 г.) он был не так уж и плох. Основной проблемой была невысокая стабильность параметров и недостаточная устойчивость усилителя, вынуждающая применять в нем исключительно низкоскоростные ОУ (хотя автор в этом и не признается, оправдывая свое неудачное решение другими причинами), что не способствовало достижению достаточно хороших характеристик УМЗЧ в целом. Следующей проблемой была сильная зависимость работы цепей управления коллекторными токами выходных транзисторов от сопротивления нагрузки, т.е. их поведение на активной нагрузке нормально и предсказуемо, а на реальной нагрузке (акустических системах) уже отлаженные цепи управления зачастую полностью теряли свою работоспособность, произвольно переводя усилитель в режим, близкий к стандартному АВ. К повторению не рекомендуется, хотя с теоретическим его обоснованием и схемотехническими решениями ознакомиться все же следует.
УМЗЧ JVC A-X 50
Три из четырех перечисленных УМЗЧ были построены в железе, отлажены и испытаны. Во всех случаях, для определения действительного уровня качества УМЗЧ дополнительно производилось контрольное сравнительное прослушивание.
В качестве эталонного усилителя был выбран JVCA-X50, входивший в линейку усилителей, разработанных в 1982 г., которые используют режим работы УМЗЧ «Super - A».

Усилитель обладает весьма высокими заявленными параметрами и радует неожиданно хорошим звучанием. Это усилитель на самом деле очень высокого класса. К сожалению, в более поздних линейках УМЗЧ JVC разработчики стали применять электронные коммутаторы входов (например, в популярном УМЗЧ АХ-400), что привело к заметной деградации звука.
(Продолжение следует)
Литература и полезные ссылки:
1. Брагин Г. Усилитель мощности 3Ч // Радио. -1990.-№12.-С.63.
2. Митрофанов Ю. Экономичный режим А в усилителе мощности // Радио. - 1986. - №5. - С.40-43.
3. Kondo Hikaru. Nuevo concepto en amplificatores de potencia para audio si sterna «super A» de JVC // Mundoelectronico. - 1980. - №102. - P.75-81.
4. http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t= 61611&p=1704685&viewfull=1#post1704685
5. Сухов Н. К вопросу об оценке линейных искажений УМЗЧ // Радио. - 1989. - №5. - С.54.
6. http://premium-a-class.rU/content/view/12/15/
7. Усилитель мощности «Натали»: http://forum.cxem.net/index.php?showforum=95
8. Усилитель А. Лайкова: http://cxem.net/sound/ amps/amp147.php
9. Жбанов В. Высоколинейный термостабильный усилитель НЧ // Радио. - 1983. - №10. - С.44-46.
10. Король В. УМЗЧ с компенсацией нелинейности амплитудной характеристики // Радио. -1989.-№12.-С.52.
11. «Add-on current dumpig», Electronics & Wireless World, October, 1985, p.40.
12. Левинзон ГЛ., Логинов А.В. Высококачественный усилитель низкой частоты. - М.: Энергия, 1977.-С.61.
РА1 '2016

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR