фото отсюда https://ru.depositphotos.com/288990734/stock-photo-microchips-transistor-and-radio-tube.html
Всем Доброго Аудиофильского!!!
Тут такое дельце. Решил я немножко на инженерные темы статейку написать. На самом деле вся инженерия переезжает потихоньку на другой канал. О чем напишу более подробно когда полный переезд случится.
По причине этого переезда сегодня разговор будет без иллюстраций.
Оборудование которое скриншоты делает уже запаковали и перевезли. Шучу.
В общем о чем сегодня речь.
Сегодня у нас такая темка, как основные гармонические искажения в разных системах. Под системами я имею ввиду Лампы и Транзисторы.
Первым делом нам нужно понять, что вообще за искажения такие. И откуда берутся.
1. Гармоники
Этот мир так устроен, что в средах с реактивным сопротивлением(зависящим от частоты), такими как воздух, конденсатор, катушка индуктивности и т.д. есть такой паразитный процесс как деградация негармонических колебаний.
Т.е. если мы хотим толкнуть ударной волной в воздухе меандр, то на выходе мы меандра не получим. Мы получим серию гармоник представляющую собой правильные идеальные гармонические колебания. Хотя при некотором раскладе сил(при хорошем КПД системы) они могут сложиться в меандр.
В этом плане физический смысл Рядов Фурье правильнее называть Закон Поведения колебаний в средах с реактивной функцией передачи энергии.
И тут самое важное. Энергия. Дело в том, что если мы передаем идеально-правильное гармоническое колебание, то на выходе его и получаем. Но если мы по каким-то причинам энергии недодадим, или она по пути потеряется, то на выходе мы получим правильное колебание с тем количеством энергии которого хватило на правильное колебание меньшей амплитуды + дополнительное колебание на избыточные остатки энергии, которые недостаточны для правильного колебания на обозозначенной частоте, но достаточны для колебания малой амплитуды на частоте выше.
Это закон окружающего мира. Он так себя ведет в реактивнвых средах.
Теперь давайте возьмем в руки транзистор. Кремниевый.
2. Транзистор-Лампа - природа искажений в конструкции
У него есть один эффект. Если мы подаем на коллектор 10 Вольт, а на Базу 5 Вольт. А на эмиттере у нас резистор сопротивлением Х.
То ток текущий через базу будет например 100 мА. Но если мы подадим на коллектор 50 Вольт - то ток, текущий через базу будет 20 мА.
Цифры сейчас гипотетические. Главное увидеть суть. Чем выше напряжение на коллекторе, тем ниже ток текущий через базу транзистора.
При этом на Эмиттере изменений не будет. Вот так хитро работает транзистор.
Лампа ведет себя так же. У нее так же меняется ток сетки при изменении Андоного напряжения.
Здесь нам нужно представить следующий процесс. Давайте запишем правило иначе. При понижении напряжения на Коллекторе, повышается ток на Базе.
Теперь представим усилитель напряжения. У него на коллекторе транзистора стоит резистор. При протекании тока через резистор происходит падение напряжения на выходе резистора, который одновременно является точкой выхода полезного усиленного сигнала и напряжением питания коллектора транзистора.
На базе же у нас источник полезного сигнала с внутренним сопротивлением 10 кОм.
Как на него повлияет падение напряжения на коллекторе? Правильно. Ток на базы начнет расти при росте напряжения на базе.
Т.е. будет на этом резисторе повышенное падение напряжение. Это будет не так сильно, чтобы изменить вектор роста. При росте напряжения на базе, падения напряжения на базе все таки не будет.
А вот замедление нарастания напряжения - это вот запросто!
А ведь замедление нарастания напряжения при подаче идеального синуса это ведь у нас не что иное как... Недодача энергии необходимой для правильного колебания на выходе.
Т.е. получим усиленное по амплитуде колебание, да вот с недодачей. Как итог оно распадется на правильное колебание и гармоники.
Сделает оно это в ближайшей реактивной среде коей будет паразитная электроемкость данного же транзистора.
То же самое произойдет и в Лампе.
Но все еще хитрее. Ведь даже если мы возьмем Эмиттерный повторитель. Или токовый выходной каскад в Классе А. То в нем тоже есть эти процессы. Они там по причине паразитных сопротивлений внутри самого транзистора.
А уж уровень паразитного сопротивления в Лампе так и обсуждать не стоит.
Т.е. выходной каскад, который еще называют усилитель тока, ведет себя не очень то и хорошо. Там творится нечто под навазнием КНИ в 1-4%.
Чтобы понизить КНИ применяют прием под названием ООС.
Ну вернее есть еще один очень важный для прогресса прием, под названием разработка более линейных элементов, у которых внутренние паразитные сопротивления значительно ниже, чем у элементов прошлого поколения, поэтому хороший инжнер должен постоянно следить за выходом новых транзисторов!!!
Прям раз в в пол-года, а мониторить выход новинок элементной базы.
3. ООС
Работает эта штука просто. Выход из транзистора подается ему во вход в противофазе.
Схемы реализации процесса бывают разные. Бывают на Диф-Каскаде, бывают на резисторах.
Суть в алгоритма в том, что если мы подаем идеально синхронные сигналы в противофазе, то их сумма будет равномерно-синхронно убавлять амплитуду выходного сигнала.
Но стоит только одному из сигналов оказаться меньше, чем первому. Т.е. как раз начать недодавать по энергии. Как тут же суммарных выход начнет прибавлять в амплитуде.
Т.е. в базу транзистора на эмиттере которого вдруг начался недостаточный рост сигнала пойдет "Волшебный Педель" который дополнительно ускорит рост выходящей амплитуды.
Само собой у системы масса проблем. Первая и главная это предельно-допустимый уровень сдвига фаз при котором она вообще работает.
Ведь если фаза скачем на частоте в 5 мГц перевернется на 180 градусов по вине паразитных емкостей в транзисторах-лампах, то ни о какой ООС речи не будет. Она станет ПОС.
В реальности ООС работает более менее градусах на 10. Больше это уже не ООС.
В этом плане порой приходится наблюдать у некоторых авторов, как они исследуют искажения ООС на краях звукового диапазона, где у них фаза на 28 градусов ушла.
Но они продолжают исследовать ООС. Когда по факту там уже ни разу не ООС.
Тут уже надо этот частотный диапазон отрезать ставя фильтры в ООС. И на более высоких частотах делать другую ООС. При этом частенько можно наблюдать как по НЧ ООС от ВЧ отрезали. А вот по ВЧ ООС не поставили.
4. Сопротивление динамиков и ООС
Если мы говорим, что искажения в выходных каскадах обусловлены протеканием тока, и при этом вынуждены отрезать ООС по НЧ то, что нам делать с ВЧ?
Может поставить туда пищалку сопротивлением Ом этак в 20?
Да да!!! Это нынче модная схема в конструкциях акустических систем.
Когда НЧ и СЧ на 8 Ом, а пищалка на 26. Она такая снижает ток текущий через выходные каскады транзисторов. А это снижает КНИ в их работе. При том, что на этих частотах ООС отрезана фильтрами.
Решение в некотором роде изящное. Зачем ставить лишние детали, когда можно понизить ток?
5. Ток в работе Ламп и Транзисторов.
И тут-то мы пришли к самому интересному.
А какие вообще токи и как классфицируются в работе Ламп и Транзисторов?
Тут простое деление на 3 градации.
1. Микротоковый режим - когда Микрамперы или максимум 1-2 мА. Ну ок 10 мА.
2. Мало-точный - от 10 мА и до 200 мА.
3. Высоко-токовый - от 200 мА и выше.
Очевидно, что для 50 Ватт нам нужно разогнать вольт этак 20 на 8 ом и будет у нас там 2.5 Ампера.
А в этом режиме транзистор валит максимум искажений. И если кремниевый под ООС тут еще очень даже не плох. А на 26 Ом так и режим Мало-точный почти.
5. Траснфомартор
То вот Германиевый транзистор в этом режиме никакой ООС не образумить.
Поэтому часто Германиевые транзисторы ставили через трансформатор.
Ага!!!
Оно самое. Повышаем напряжение питания, повышаем рабочее напряжение на Базе. И ставим трансформатор.
Ток теперь значительно ниже, паразитные сопротивления теперь дергают за сигнал значительно меньше, и вуаля. Режим работы со значительно меньшим КНИ.
На лампе та же история. Эти 50 Ватт она выдает на 200 мА под своими 200 Вольт.
6. Режимы работы Ламп и Транзисторов.
Только что мы обнаружили, что в 90 процентах случаев Ламповый усилитель работает в режиме Мало-Токового включения выходных усилительных каскадов.
В то время как 90 процентов Транзисторных усилителей в режиме Высоко-Токового включения выходных каскадов.
И тут становится интересным современный баттл. Кто же вносит больше искажений Транзистор или Лампа?
Есть на эту тему такой разговоричик, что Лампа более линейна нежели Транзистор.
И это дейстивтельно было верно во времена Германиевых транзисторов в 60х.
Сейчас же Кремниевый транзистор линейнее Лампы.
Он даже вполне сностно работает в Выско-Токовом режиме.
А вот Лампу в этом режиме лучше не включать. Бабахнет! Езданет по самое не балуй!
Но что будет если загнать современный Кремниевый транзистор в такой же режим как у Лампы?
Это дело иллюстрирует техника марки Макинтош. У них как раз такая схема Транзисторных усилителей.
Т.е. высокое питание, высокий по напряжению "Процессинг", и трансформатор на выходе.
Они в этом плане смело устраивают Баттл на предмет, кто больше искажает транзистор в Высоко-Токовом режиме, или транзистор в Мало-Токовом режиме + Трансформатор?
Макинтош предпочитает ставить второй вариант. КНИ у них при этом 0.005%, что вообще-то является супер-минимальным уровнем для тразисторной техники.
Т.е. трансформатор невзирая на все свои магнитные инерционности ведет себя...
7. Тепловой режим работы транзистора
Как известно всем Аудиофилам, усилитель при прогреве меняет характер своего звучания.
Это называется Температурный Дрейф ВАХ в работе транзистора. Вольт-Амперных характеристик.
Их вроде бы там есть цепи термостабилизации этого дела. Да вот одна незадача. Паразитная электроемкость. Ее-то никто не компенсирует. А она тоже от температуры дрейфует.
Как итог, что имеем? Имеем следующую ситуацию.
Радиатор. Маленький, на нем транзисторы. Они под басом нагрелись пока струна бас-гитары гудела. А потом в паузе остыли.
С этим делом в ритм бас гитары плывут другие звуки.
И вот кто кого? Радиатор с малой теплоемкостью, под высоким током или трансформатор с аналогичным процессом но в перемагничивании сердечника?
Я вам ответ в этой статье давать не буду!
Предлагаю оценить своими ушами!!! :) На слух!!!
А подробный приборно-инженерный разбор вопроса проведем уже на другом канале когда туда вся техника переедет!
*************************************************************************
Вот такая история.
Спасибо, что дочитали!!!
Так же на канале постепенно выходит каталогизатор содержимого. Вы можете перейти на него кликнув по ссылки ниже.
Читайте так же свежие публикации, по темам:
Ламповые Усилители
Бархатная Лампа или 4 ламповых усилителя с бархатным звуком!!!
Современные Виниловые проигрыватели
MAG-LEV Audio ML1 - Шедевр Инженерной Мысли!!!
Современные Сетапы
Собираем солидную систему с Ярким Мощным звуком!!!
Инженерные разговорчики
6 типов Аудиофильского Слуха!!!
Как записывают музыку на студиях. Часть 1. Важная основа звукозаписи.
Техника СССР. Катушечные магнитофоны.
А так же по теме статьи
McIntosh - Мечта матерого Аудиофила!!!
***
