Кратка история на усилвателите

Антон Оруш Последна промяна на 12 декември 2015 в 13:00 105547 2

Първият лампов усилвател е конструиран през 1906 г. от Лий де Форест

Експлоатационни свойства и характеристики

Привидната недадеждност и примитивност на ламповите конструкции се уравновесява от тяхната ремонтопригодност. Ако се разполага с трансформатори, усилвател може да се оживи буквално в полеви условия. Устойчивостта на електронните лампи към вредните електрически въздействия е по-висока, отколкото тази на ИС или транзисторите. Механичната якост на стъкления балон е малка, но сериозният усилвател обикновено се монтира в сериозна кутия.

Съвременните линейни, а и импулсни транзисторни усилватели трудно могат да се ремонтират "в крачка", а даже малко превишаване на стойността на напрежението или тока води до повреда, и заради това са разработени различни начини за защита. Те предполагат контрол над множество параметри, от захранващото напрежение и потребяваната енергия до температурата на радиатора, нивото на входния сигнал и товарното съпротивление. Съществува плавен (мек) старт с тестване на различните елементи – съвремените цифрови методи за обработка на сигнала позволяват това да се осъществи с помощта само на една интегрална схема.

И "ключовите", и линейните усилватели сега се снабдяват с импулсни захранващи блокове, което се отразява добре на масата и габаритите на цялото устройство. По-висшите модели такива захранваиня разполагат със защити, осигуряващи пълноценна работа при промяна на захранващото напрежение. Независимо от това обаче, и импулсните захранвания имат недостатъци: освен несинусоидалното потребление се забелязват и проблеми с комутацията.

Не трябва да се забравят и такива наглед "дреболии" като климатични условия, в границите на които се гарантира работоспособност и качество. Усилвателите също влияят на околната среда, по-точно на захранващата мрежа. Усилвател с класически захранващ блок потребява ток с несинусоидална форма, което води до неприятни последствия. Увеличението на загубите в мрежовите проводници може да се пренебрегне, ако става дума за усилвател с мощност 100 вата, но при няколко такива комплекса загубите ще се окажат сериозни. Хармониците на тока могат да създадат проблеми на други уреди, захранващи се от същата мрежа.

В първите усилватели проблемът за топлотвеждането се решавал просто: увеличаване на излъчвателната площ на охладителния радиатор. Съвременните мощни усилватели разполагат с вентилатори и понякога въздухоотводи. Най-простото решение е да се използва като управляващ сигнал самият звуков такъв: колкото е по-високо неговото ниво, толкова по-бързо се върти перката. По-целесъобразно е употребата на термодатчик, който при повишаване на температурата над определено равнище задейства вентилатора на по-високи обороти.

Важни за експлоатацията са и други характеристики – напр. мощност за 1 кг тегло. По тези параметри усилвателите в ключов режим са вън от всяка конкуренция: 500 вата/кг. Най-добрите линейни усилватели имат показатели около 100 вата/кг.

Транзистори или лампи?

Този спор е огромна тема, по която всеки различен модел има какво да каже. Независимо от посоченото по-горе, много специалисти, аудиофили и музиканти предпочитат ламповите усилватели, независимо от често пъти много по-високата им цена. Смята се, че ламповият усилвател има по-качествено звучене, характеризиращо се с понятията "вярност" (fidelity), "яснота" или "точност", "детайлност". Строго погледнато, такова мнение не е просто субективизъм.

Най-удобно е разликите между лампов и транзисторен усилвател да се представят в табличен вид:

Показатели Лампов триод Полеви транзистор Биполярен транзистор
Тип проводимост Електронна (чрез вакуум) Електронна (n-conductivity) или дупчеста (p- conductivity) – чрез канал ("дупка") в кристала силиций Електронна или дупчеста (чрез 2 прехода – емитер-база или база-колектор)
Входна нелинейност Няма При НЧ няма Пропорционална на величината на колекторния ток и обусловена от нелинейността на ВАХ база-емитер
Изходна нелинейност Пропорционална на корена от трета степен от стойността на тока на анода Пропорционална на квадратния корен от стойността на тока на дрейна Пропорционална на величината на тока на колектора
Топлочувствителност Няма Токът на дрейна и стръмността зависят от моментната температура на кристала Колекторият ток и коефициентът на усилване по ток зависят от моментната температура на кристала
Съпротивление (импеданс) на изхода Два пъти по-малко от товарното съпротивление (импеданс) По-голямо от товарното съпротивление По-голямо от товарното съпротивление

Гледайки таблицата, изглежда, че е най-добре да се използват лампи. Но на помощ на транзисторите идва т.н. отрицателна обратна връзка. Локалните и общите обратни връзки намаляват импеданса на изхода, разширяват честотния диапазон и правят работата стабилна и независима от температурата на кристалите. Но монетата винаги има и две страни. Странични ефекти на ООС са интермодулационните изкривявания на изходния сигнал, времевото "размиване" (забавяне) и нарушаването на т.н. фазова картина. Слушателят се оплаква от "твърд" и "метален" и въобще неистински звук. Изобилието от реактивности в усилвателните стъпала води до "многопосочно" разпространение на сигнала и фазова деструктурализация.

Забавянето на сигнала е причинено от факта, че през веригата за обратна връзка той многократно се връща на входа на усилвателното стъпало. Времето на забавяне за ООС може да достигне 100 ms и повече. Друг забележим страничен ефект е влошаването на динамичността и отслабването на енергичността на музикалното звучене.

Ламповите усилватели също притежават елемент, влошаващ качеството на звука – изходният трансформатор (предназначен за съгласуване на изходния импеданс на усилвателя и този на товара). Но вредите от ООС при транзисторните се оказват повече.

Исторически първите усилватели били изцяло лампови, след това се появили хибридните и накрая – напълно транзисторизираните. По-голямата част от съвременните устройства са от последния тип, но ламповите са съхранили една неголяма, но изключително твърда група почитатели от различни обществени групи – професионални, неформални и т.н.

Съвременни лампови и транзисторни усилватели

В последните години се появиха устройства, съчетаващи цифрова обработка и ключов метод за усилване на сигнала. Да си представим например линеен усилвател от десетки слъстери, включени в Ethernet мрежа. По нея се предава звуков сигнал в цифров вид, но поначало той е управляващ сигнал. Установяват се оптималните за дадения клъстер групово време на закъснение, амплитудно-честотна и фазо-честотна характеристика. Отварят се най-широки възможности за съставяне на дигарама на насочеността и АЧХ характеристиката на комплекса. Въпросът за организацията на една такава мрежа излиза от рамките на настоящата статия, затова само ще изброим някои патентовани технологии за това: Harman Pro HiQnet, Crown TCP/IQ, CobraNet, IQ Network, Roland RSS Digital Snake, Yamaha m-LAN, EtherSound, MAGiC.

Много може да се спори около проблемите, свързани с проектирането и производството на усилватели в ключов режим и те са предмет на статия, посветена само на това. В крайна сметка усилвателят е устройство, което подпомага и осигурява слушането на музика. Сигналът на един усилвател съществува съвсем обективно, но няколко различни слушатели ще дадат различна оценка за качеството му. Затова чуйте звука! И ако той Ви удовлетворява – позвайте машината със здраве.

Страница на статията : 0102030405
Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

13.12 2015 в 23:52

Коригирайте формулата за изчисление на мощността в dB - не е
20 log Pout/Pin, a 10log Pout/Pin, формулите за коефициентите на усилване по ток и напрежение са коректни ( с 20log)

12.12 2015 в 21:17

-600°С?