- Спотворення і вихідна потужність
- По простому про класи «А» і «АВ»
- Особливості схемотехніки JLH
- Спрощена схема підсилювача JLH показана на Рис.2
- PS Підсилювач JLH на відміну від конкурентів, відтворює майже «живу» музику. Даний підсилювач...
Останні кілька років спостерігається хвиля інтересу до знаменитого підсилювача Джона Лінслі Худа (John Linsley-Hood). Підвищений інтерес до JLH обумовлений тим, що інтернет-магазини і аукціони Hi-End почали пропонувати безліч варіацій цього підсилювача в готовому вигляді і у вигляді комплектів для домашньої збірки. На численних форумах по електроніці і звукотехніці проводяться бурхливі обговорення запропонованої більше 40 років тому схеми і способів її поліпшення стосовно сьогоднішньої компонентної бази.
Нерідко лейбл «JLH» навішують на конструкції, нічого спільного з легендарним оригінальним підсилювачем не мають. Пропоную розібратися в перевагах і недоліках цього підсилювача класу А і його разюче витонченої, і простий схемотехніці. Підсилювач цього талановитого інженера з Англії, створений майже 50 років тому дожив до сьогоднішнього дня переживши кілька реінкарнацій, і сьогодні, в кінці 2016 року його, як і раніше розбурхує уяву справжніх аудиофилов.
Перша публікація схеми з'явилася в журналі «Wireless World» в 1959 році. Переклад основної ідеї схеми John Linsley-Hood:
«Останнім часом видання для любителів якісного звучання опублікували безліч схем підсилювачів на транзисторах, більшість з яких малопридатні для повторення через надзвичайну складність для повторення середньостатистичним радіоаматором. Потужність пропонованих до повторення транзисторних підсилювачів як правило багаторазово завищена, що абсолютно не потрібно для комфортного прослуховування музики в звичайній кімнаті. Підвищена потужність тягне за собою необхідність застосування дорогих транзисторів і потужних блоків живлення. До ери появи транзисторів величезною популярністю користувалися лампові підсилювачі фірм Mullard, Leak і інші володіють вихідною потужністю до 10-15 Ватт на канал, якої з лишком вистачало для відтворення практично будь-якої музики в умовах реальної житлової кімнати. Рівень гучності з колонками середньої чутливості і такий вихідною потужністю підсилювача в стерео-режимі виходив навіть більше необхідного. Інженеру Джону Лінслі Худу прийшла ідея розробити простий для повторення, але максимально якісний підсилювач класу А з розумною вихідною потужністю і мінімально можливими спотвореннями. Що він блискуче і здійснив »
Один з прихильників максимально простих і лінійних Hi-End підсилювачів класу «А» і за сумісництвом власник фірми «Pass Aleph» Нельсон Пасс (Nelson Pass) написав у своїй статті, що підсилювач Д. Лі. Худа навіть через 40 років захоплює чудовою якістю звучання при гранично простотою конструкції.
Спотворення і вихідна потужність
У період 1947-1949 років патріарх підсилювачі будови David Theodore Nelson Williamson написав в серії статей, опублікованих в тому ж журналі «Wireless World», що величина спотворень для високоякісного звуковідтворення не повинна перевищувати 0,1%. Основні спотворення в ламповому підсилювачі вносить вихідний трансформатор, а оскільки транзисторні конструкції можуть обійтися без цього нелінійного елемента, то вимоги до транзисторним схемам можна посилити. Можна вважати допустимими не більше 0,05% спотворень, що вносяться транзисторним підсилювачем при повній вихідний потужності в смузі частот від 30 Гц до 20 кГц.
У зв'язку з «гонкою потужностей» коли на перше місце ставилися параметри підсилювачів, а їх реальне звучання відсовувалося на другий план, переважна кількість розробок і втілення їх в готових конструкціях було зосереджено на підсилювачах класу «В» або «АВ». Потенційний клієнт читав відгуки про підсилювачі в аудіо пресі і його очі мимоволі наштовхувалися на цю «гонку параметрів». На перше місце ставилися переваги підсилювачів з характеристиками, що рясніють багатьма нулями: 0,01 - 0,001% спотворень, 100 - 200 - 300 Ватт вихідної потужності, а не рідко і більше. Ці цифри оголошувалися «головними достоїнствами» підсилювачів, а їх ціна безпосередньо залежала від кількості нулів. Потенційний покупець підсилювача навмисно ставилося перед штучно нав'язаним вибором, таким же, як у випадку з автомобілями і рекламуються «перевагами» з упором на потужність двигуна і максимальну швидкість. На відміну від автомобіля, в підсилювачах вихідна потужність і рівень спотворень до реального якості звучання мають дуже опосередковане відношення. На звук набагато більший вплив робить грамотно обрана схемотехніка, режими роботи кожного каскаду і якість деталей.
По простому про класи «А» і «АВ»
Підсилювачі класу А отримали мале поширення в першу чергу через низький ККД. При «гонці параметрів» коли ринок вимагає від підсилювача отримання вихідних потужностей 50 - 100 - 200 і більше Ватт в канал застосовувати режим класу А вкрай невигідне і невдячна захід. Споживану потужність з цим режимом потрібно сміливо помножити на три або чотири, і вся ця потужність, на відміну від корисною не йде на динаміки, а перетворюється на банальне тепло. Відповідно для підсилювача, що працює в класі А потрібно блок живлення в три - чотири рази потужніша аналогічного, що працює в класі АВ. Плюс, потрібні величезні радіатори, які повинні розвіяти зайве тепло. Собівартість підсилювача досить сильно залежить від потужності блоку живлення і розмірів радіаторів вихідних транзисторів. В результаті підсилювачі класу «А» виходять набагато більш дорогими і «гарячими» в прямому сенсі цього слова, в порівнянні з аналогічними по потужності підсилювачами, що працюють в класі АВ.
Ось цей маленький ККД підсилювачів класу А помножений на «Горячесть» і високу в порівнянні з моделями класу «АВ» вартість і визначив малу поширеність цих насправді - чудових конструкцій.
Якщо абстрагуватися від бажання отримати сто ватні потужності на виході і змиритися з підвищеною тепловіддачею, підсилювачі класу А за звучанням покладуть «на обидві лопатки» абсолютно всі інші моделі підсилювачів з їх технічними дивами. Як правило підсилювачі класу А набагато більш прості схемотехнически, ніж їх побратими, що працюють в інших режимах. Режим роботи А прийшов з лампових схем, які відрізняються від транзисторних набагато більш «коротким» трактом і малою кількістю деталей. Платою за гадану простоту є необхідність ретельного підбору кожного елемента підсилювача класу А і високі вимоги до якості комплектуючих.
Завдяки простій конструкції і малій кількості каскадів, підсилювач класу А піддається точній настройці шляхом оптимізації роботи кожного каскаду і найкращому погодженням каскадів між собою. В підсилювачі класу АВ з їх десятками і сотнями послідовно включених ланок, індивідуальна настройка кожного каскаду в принципі неможлива. Для забезпечення прийнятних параметрів в них доводиться вводити глибоку негативний зворотний зв'язок, яка дозволяючи досягти заданих характеристик, при цьому начисто «вбиває» звук.
Особливості схемотехніки JLH
Основна ідея John Linsley-Hood, побудова максимально простого підсилювача, все каскади якого працюють в класі А. В класі А транзистори працюють на максимально лінійних ділянках своїх характеристик, і мають практично постійну, хоч і трохи підвищену температуру, при якій їх параметри практично не « пливуть ». У класі А можна досягти дуже хорошою симетрії плечей і позбутися від так званих «комутаційних» спотворень, адже в класі А транзистори на відміну від класу В і АВ взагалі не вимикаються.
Каскади класу А в однотактному включенні з навантаженням - резистором самі неефективні по ККД в порівнянні з усіма іншими варіантами включення транзисторів. Зате вони самі лінійні і самі «музичні». Шляхом заміни резистора на дросель або трансформатор можна підвищити ККД і легко узгодити найпростіший каскад на транзисторі з практично будь-яким наступним каскадом. Але це «палиця з двома кінцями». Застосувавши дросель або трансформатор, ми отримуємо максимально якісно «звучний» каскад, але при цьому маємо в конструкції складне, важке і дороге Моточні виріб.
Для спрощення і здешевлення конструкції Джон Лінслі Худ застосував двотактний вихідний каскад з порушенням протівофазним сигналом, зображений на Рис.1. Оптимальним рішенням тут є застосування каскаду на транзисторі VT1 зворотного провідності (npn), який для вихідних транзисторів є фазоінвертором і управляє обома плечима (верхнім і нижнім), зібраними на транзисторах VT2 і VT3.
За рахунок компенсації взаємної нелінійності характеристик транзисторів, це включення дає низькі спотворення навіть без застосування негативного зворотного зв'язку. Як бонус, низький вихідний опір каскаду на VT1 добре узгоджується з досить високим вхідним опором каскадів на VT2, VT3.
Спрощена схема підсилювача JLH показана на Рис.2
Вхідний сигнал подається на базу транзистора VT1. З його колектора інвертований і посилений сигнал надходить на базу транзистора VT2. Транзистор VT2 підсилює вхідний сигнал і формує протифазні сигнали для виконаного на транзисторах VT3 і VT4 вихідного каскаду. Нижній вихідний транзистор VT3 включений по схемі із загальним емітером і підсилює як струм, так і напругу. Верхній вихідний транзистор VT4 включений за схемою із загальним колектором і підсилює тільки струм (це класичний емітерний повторювач).
Резистори R4-R5 задають напруга зсуву для транзистора VT1, резистор R3 формує зміщення вихідного каскаду. Резистори R1-R2 задають глибину негативного зворотного зв'язку по струму. Транзистор VT2 є серцем цієї схеми і застосований тут для управління вихідним каскадом - елегантно і просто.
Нельсон Пасс будучи прихильником максимально простих схем і коротких трактів, що працюють в класі «А» обійшов стороною одну особливість представленої топології. У своїх конструкціях він застосовує виключно польові транзистори, які управляються напругою на затворі, на відміну від застосованих Джоном Лі худому біполярних транзисторів, керованих струмом бази. І якщо в далекому 1959 році потужних серійних польових транзисторів просто не існувало і Джона Лі Худа можна зрозуміти, то Нельсона Паса зрозуміти складно, з якої саме причини він не застосовує в своїх підсилювачах біполярні транзистори. Шляхом звернення до «колективного» розуму армії любителів, які повторили конструкції як Нельсона пас, так і Джона Лі худа було «обчислено», що з польовими транзисторами набагато легше працювати. Вони менш примхливі і для досягнення шуканих параметрів не вимагають навколо себе «танців з бубнами» (багатомісячних налаштувань) як біполярні. Але той же «колективний розум» говорить про те, що біполярні транзистори звучать все-таки краще польових ... хоча це якраз не факт.
Вихідний струм попереднього каскаду підсилювача Джона Лі Худа є вхідним струмом для подальшого. Струм колектора транзистора VT1 є керуючим для транзистора VT2 і втікає в його базу. В інших каскадах все відбувається аналогічно. Резистор R3 є джерелом стабільного струму і зміна струму колектора транзистора VT2 повністю відбивається на струмі бази транзистора VT4. Така топологія побудови «двійки» транзисторів робить умови їх взаємного управління ідеальними.
Вся ідеологія побудови підсилювача Джона Лі Худа підпорядковується ідеї мінімалізму, в ній немає нічого зайвого ...
Дизайн підсилювача JLH народився в той час, коли ера підсилювачів на лампах наближалася до свого завершення, транзистори швидко витіснили електровакуумні прилади практично з усіх областей електроніки. Не уникла цієї долі і звукова техніка. Інженери почали проектувати транзисторні підсилювачі з оглядкою в першу чергу на параметри: високу вихідну потужність і гранично низькі спотворення. Їх розробки в більшості своїй були вкрай складні і відрізнялися від лампових схем застосуванням численних і глибоких зворотних зв'язків. А це, як надалі з'ясувалося, якості звуку зовсім не додало.
За минулі 47 років прогрес в електронній промисловості пішов далеко вперед. А ось про техніку для відтворення звуку такого сказати не можна. За майже сто років з моменту винаходу електронного підсилювального приладу - лампи, а за нею транзистора, раптом з'ясувалося, що краще звучання мають прості схемотехнічні рішення, відомі вже багато років. І ніякими сучасними технологічними вишукуваннями якість звучання чомусь не поліпшується.