Всем Доброго Аудиофильского!
Тут такое дельце. В сегодняшнем мире уже даже в дорогих студийных мониторах микросхемы встречаются.
Хотя Аудиофилы имеют явные протесты против них.
Давайте разбираться, на чем же схему лучше делать.
Изначально схема усилителя на транзиторах выглядит примерно вот так.
фото отсюда https://www.qrz.ru/schemes/contribute/constr/prostejsie_usiliteli_nizkoj_castoty_na_tranzistorah.html
Здесь у нас первый каскад отвечает за согласование входного сопротивления. По сути он токовый буфер. Второй каскад заведует раскачкой амплитуды. И третий каскад усилитель тока.
Надо сказать, что схема эта среднего качества. Даже когда в ней все красиво и конденсаторами обвязано, она все равно более менее пригодна для качественного усиления только сигналов малой амплитуды в звуковом диапазоне.
Почему так?
Сейчас расскажу.
Главной проблемой любого транзистора, будь то дискретного, или закатанного в микросхему являются 2 фактора.
1. Ток протекающий через него приводит к нагреву. Нагрев расширяет кристалл. Тем самым меняются паразитные сопротивления переходов Коллектор-Эмиттер и База-Эмиттер. А так же паразитная электроемкость.
2. Ток протекающий через транзистор приводит падению напряжения на паразитных сопротивлениях и емкостях транзистора.
При этом паразитная емкость в транзисторе приводит к неизбежному нарастанию уровня гармоник при росте частоты. Поэтому схема выше пригодна только для звуковых частот. На частотах выше гармоники из нее лезут оптом. Да и в УНЧ на верхах она на самом деле тоже подсыпает.
При этом главный виновник искажений - это каскад раскачки амплитуды. Дело в том, что у транзистора есть такая особенность. Чем выше напряжение на коллекторе, тем выше входное сопротивление на базе.
Ну и наоборот. При снижении напряжения на коллекторе, растет ток на базе. А там паразитное сопротивление на входе. На нем при росте тока происходит... падение напряжения. Оно конечно амплитуду назад не развернет. Такого не будет, чтобы при росте амплитуды на входе, на выходе она понижалась.
А вот замедлнение нарастания амплитуды - это будет. А это замедление это ни что иное как гармоники. Паразитные частоты и т.д.
Поэтому в УНЧ, что колонки раскачивают каскад раскачки усложняют.
Иногда делают вот так.
фото отсюда https://mydocx.ru/10-128383.html
Здесь второй транзистор стабилизирует напряжение на коллекторе первого. Не давая ему падать. Вернее подниматься. Он на минималку настроен. Но т.к. у второго транзистора тоже напряжение плывет, в силу тех же паразитных процессов. То порой бывает всякое.
Вплоть до вот такого ЭКШОНА!!!
фото отсюда https://bestschemes.ru/%D0%B1%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BE%D0%BE%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D1%83%D0%BD%D1%87-%D1%81-tnd-%D0%BA%D0%B0%D1%81%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%BE%D0%BC/
Ну а для малых амплитуд и мощностей, когда входное сопротивление усилителя килоом 40, делают просто. Загоняют транзистор в микротоковый режим, подбирая максимально большие сопротивления на эмиттере. И уже относительно них выбирая коллекторные.
Тогда малый ток, даже при сильных изменениях напряжения приводит к минимальным падениям напряжения.
Но выходной каскад все равно токовый. Там тоже то и дело искажения происходят. С целью их снижения придумали 2 хитрых тактики.
1я. Общая ООС. Она как раз выходной каскад контролирует. Потому, что каскод на раскачке, ничего с выходом не делает. А выход только под ООС.
2я. Придумали такое хитрое решение как двухтактный усилитель класса АБ и класса Б.
Я знаю, что старожилам электроники это трудно слушать. Но на современной элементной базе усилитель высокой верности с минимальными искажениями - это усилитель Б класса. У него меньше всего паразитных токов, модифицирующих характеристики транзисторов.
Ну а в 60х самым мало-искажающим был усилитель АБ-класса.
Тут ведь как. Тут ведь чем меньше девиация по току от плюса к минусу, тем меньше искажения. А у одноктакта-то в Классе А эта девиация самая большая. То вверх амплитуда топит, то вниз. Внизу гармоник почти нет, а на верху навалом. И это все во время проработки одного периода полезного сигнала.
В АБ с этим дела явно лучше. Гармоники и вверх и вниз одинаково растут с ростом амплитуды. А не убывают-нарастают.
Про это еще на моем первом курсе студенты рассуждали. У нас это звучало как "У Совестких усилителей верхний полу-период правильно усиливиается, а нижний с искажениями". Хотя по факту, это у однотакта. И при том наоборот. Верхний с искажениями, а нижний правильно.
Но вот испорченный телеграф. Фраза такая в универах гуляет, а про что она знают не многие. А она про однотакт в Классе А.
Что же скасается нагрева, то у дискретных элементов достаточно большая теплоемкость, чтобы не было выявлено девиации параметров во время нарастания амплитуды в единичном период. Прям вот во время первого полу-периода.
Но само собой на 10м периоде температурка растет. И там паразитные сопротивления и емкости дрейфуют. Дрейф не сильный. АЧХ полезного сигнала он не изменит. Чего нельзя сказать, о всем известной ТРЕТЬЕЙ гармонике. Ее АЧХ гуляет в зависимости от стиля музыки. Быстрый у вас бас, одни параметры, медленный другие.
Это как раз та самая причина, почему на быстром басе он друг становится плоским, или в кашу смазывается. Только что на Битлах все супер было, а на Хард Роках вдруг сдулся усилок. А это так и есть. То у него гармоники воздух поддували шикарно. А то... В первом случае третья гармоника вместе со второй куда-то смылись, а во втором наоборот полезли, да еще и паразитным самовозбудом на пиках амплитуды, который замедляет переходные характристки нагуживая звук когда тишина должна быть - а это и есть основа каши. Рассыпчатый рис спаузами. А когда в липкую кашу... Звук так же.
И радиаторы тут не причем. Всему виной коэффициент термопередачи корпуса транзистора. Или как там правильно? Теплопроводность кажется. В общем от кристалла до корпуса температура еще добежать должна. А там обычно градусов 10 разницы. Корпус холоднее кристалла.
Но что собой представляет схема операционника? Давайте возьмем какой нибудь простенький. Средней точности. Широкого применения. А то в прецизиоонными голову сломаем.
фото отсюда https://en.ppt-online.org/101876
И так у нас тут диф-каскад. На токовом зеркале. Оно увеличивает коэффциент подавления синфазного сигнала. И немножко каскодничает. Улучашая параметры.
Дальше интересный момент. Стоит буферный каскад. Чтобы прикрыть от девиации тока базы на каскаде раскачки диф-каскад.
Тоже кстати интересный прием. Но встречается только в микросхемах.
Дальше идет каскад раскачки, без каскода. Операционник же для малых токов.
Дальше следует фазоинверсная цепь. Причем двухкаскадная. В дискретном мире, когда я привел такую схему на разборе усилителя класса Б, меня старожилы год назад засмеяли. Мол я в схемотехнике дуб дубыч. А вот нате. В Операционнике такое дело стоит и радуется.
А что на выходе у нас??? Опа!!! Да это же Двухтактник в классе АБ. А опреационник-то какой!!! Он же во всем магнитофонах катушечных стоит. Да и в пред-усилках Высшего класса его увидеть можно.
А он вот такой.
Но зачем тут лишние детали? Все просто. Все транзисторы собраны на одном кристалле. А значит ток выходного каскада... Нагревает их всех. Разом. А значит и дрейфуют все каскады разом.
Для того, чтобы эти дрейфы прикрыть, и минимизировать изменение параметров, и ставят лишние детали.
Но в этом ОУ их мало. В прецизионных там такие навороты!!! Там вообще голова кругом. Там круче чем вот так.
фото отсюда https://www.sinref.ru/000_uchebniki/03450morskoe_delo/011_Ustroistvo_i_expluatatsia_sudovykh_sinkhronnykh_generatorov_tolstoi_2006/010.htm
Всмотритесь. Диф-каскад. На каскодах. За ними токовое зеркало Уилсона. Сверху тоже токовое зеркало. За этим всем делом еще один диф-каскад с токовым зеркалом. И если бы они на этом остановились.
Выходной каскад кстати тоже двухтакт в классе АБ.
Но все это лишние детальки. Они неизбежно вносят и шум, и незбежно удлиянняют тракт. А значит ограничивают максимальную частоту работы ООС. Она оказывается на уровне средних частот, не имея возможности работать с высокими.
Конечно в прецизиооннике на лицо местная ООС на выходном каскаде. Она как раз для высоких частот стоит. У нее короткий тракт коррекции.
Но все таки все эти усложенния и навороты, так или иначе вызывают проблемы. Тем более, что температурную девиацию от выходного каскада никто не отменял. А она тут в один кристалл. Говорят при некоторых тестах можно видеть девиацию параметров уже на росте тока на первом полу-периоде. Этим микрухит от дисктерных транзисторов отличаются. У дискретных этого эффекта нет вообще. А у микросхем сплошь и рядом.
И в этом плане кстати весьма интересно выглядит схема магнитофона Олимп 700. Там на выходе ОУ стоит транзистор. Дискретный. И вот он-то разгружает выходной каскад Операционника по току. Операционник вдруг оказывается в микро-токовом режиме. Хотя реально расчитан на 100 мА на выходе. Но схему скорректировали так, чтобы НИ-НИ. Разгрузив весь проблемный термо-режим в микрухе. Вынеся его на внешний транзистор.
Но все это хорошо работает когда нужно сделать высокоточную копию с катушки на катушку.
Когда мы сознательно минимизировали все гармоники до сверх-низких значений.
А кот когда нам нужен Аудиофильский Звук и мы наоборот сознательно "отпускаем" схему, чтобы она Воздушные Гармоники в звук подсыпала, вот тут проблемы.
Эти ОУ в зажатом по ООС режиме, действительно хорошо себя ведут. Особенно прецизионники. Но вот стоит их приоткрыть, чтобы гармоники полезли, как получите-расишитесь - девиация АХЧ гармоник в зависимости от стиля музыки никуда не делась.
Или Джаз зарубит, на Хард Роке держась, или на Харде басы в кашу, при шикарном Джазе. Или сдуется невзначай.
В общем без гармоник современные ОУ работают хорошо. Реально хорошо. Схемотехника до шикарных уровней дошла.
А вот генерация гармоник этим же чипом - это ни-ни. Гадость да еще. Дискретные КТ315 в этом плане куда как интереснее. И главное стабильнее. Именно как генераторы гармоник.
Поэтому в Аудиофильском Мире разговоры про то, что дискретные элементы лучше будут продолжаться.
Я конечно скажу, что усилок можно сделать гибридным. ОУ на входе, ТДА на выходе. Но между ними буфер на паре КТ315 на канал. И все будет. Я даже скажу, что на выход и Класс Д залепить можно. И все равно все будет. Если 315е правильно включить.
Вот такая история.
Спасибо, что дочитали.
фото на обложку отсюда https://radioprog.ru/post/554