ТЕПЛОВЫЕ ИСКАЖЕНИЯ В УСИЛИТЕЛЯХ HiFi

И только тут мы начинаем осознавать, почему усилители на электронных лампах имеют гораздо меньшие искажения. Ведь катод электронной лампы или другие важные ее детали гораздо массивнее "лапок" полупроводниковых устройств. Поэтому возможные тепловые постоянные времени в лампах гораздо больше, и тепловыми явлениями можно, в принципе, пренебречь. Нормальная электронная лампа с косвенным накалом почти не реагирует на "юркий" звукочастотный сигнал. Только при случайном совпадении многих обстоятельств может проявиться какой-либо медленный тепловой эффект. Отметим еще как дополнительный аргумент, что величины сигналов в ламповом усилителе заметно больше, чем в полупроводниковых схемах. Кроме того, каскады на электронных лампах почти всегда работают в условиях, близких к согласованию по мощности. Это же обстоятельство объясняет, почему полупроводниковые оконечные усилители класса "А" имеют в среднем лучшее качество при прослушивании. Такие усилительные каскады используются в большинстве своем в условиях согласования по мощности, так что тепловые искажения будут меньше.

Возникает вопрос: что можно сделать, чтобы уменьшить тепловые искажения в уже готовом усилителе? Конечно, конкретные рецепты можно дать только для конкретной схемы. Естественно, рекомендуется прежде всего внимательно изучить данный усилитель - нет ли в нем определенно слабых мест с тепловой точки зрения. Не учитывая другие аспекты, можно сказать, что в маломощном усилителе (предусилителе) наиболее благоприятны с тепловой точки зрения каскады, работающие с сигналом малого уровня (по отношению к напряжению питания), или, что почти то же самое, каскады с большим напряжением питания. Возникающий в этом случае тепловой сигнал помех относительно мал. Поэтому нужно стремиться использовать в предкаскадах как можно большее напряжение питания. В классических же правилах проектирования усилителей рекомендуется обратное.

Вовсе не исключено, что при использовании хорошо спроектированного, усилителя с другим (например меньшим) напряжением питания, в новой рабочей точке появятся или же существенно возрастут бывшие ранее минимальными тепловые помехи.

Очень важно настроить каскады на правильное согласование по мощности. В состоянии покоя напряжение на данном транзисторе должно быть примерно равно напряжению на коллекторном (или эмиттерном) нагрузочном резисторе. Возможно, что для соблюдения этого условия придется основательно "повозиться" с усилителем. Где возможно, необходимо использовать симметричные каскады, неизменно выдерживая принцип правильного согласования по мощности.

Если в усилителе следуют друг за другом много симметричных каскадов, необходимо стремиться создавать препятствия на пути распространения сигнала помех, т.е. необходимо использовать каскады с большим коэффициентом ослабления синфазного сигнала. Помешать возникновению сигнала помех, к сожалению, невозможно (даже с помощью правильного согласования мощностей), можно только помешать его дальнейшему распространению. В частности, это можно сделать, используя большое эмиттерное сопротивление (по сравнению с коллекторным), например, эмиттерный генератор тока.

Обычно включение в усилитель каждого нового каскада приводит к увеличению тепловых искажений. Поэтому нет никаких гарантий, что пред- или оконечный усилитель, собранный по сложной схеме "собственного изобретения", даст результат лучше, чем исходный простой усилитель. Может возникнуть мысль как-либо использовать тепловую компенсацию; однако из-за того что неизвестны постоянные времени, мы оказываемся здесь "на довольно болотистом месте". Тем не менее, имеет смысл поэкспериментировать с полупроводниками разных типов, используя их в качестве компенсирующих элементов.

В случае устройств на интегральных схемах (операционные усилители, оконечные каскады на ИМС) поступают так же как и ранее: по возможности исключаются все известные источники помех, и путем прослушивания выносится решение - пригоден ли этот образец (изделие), или же нет. И пока нет других методов, кроме прослушивания, которые приводили бы к той же цели.

Хочу высказать следующие соображения, которые могут служить исходной точкой для дальнейших размышлений, но не должны восприниматься буквально. Прежде чем приступить к переделкам, необходимо внимательно изучить схему данного конкретного усилителя и оценить его возможности. Обычно легко установить, что в большинстве популярных схем предусилителей и оконечных усилителей имеется каскад (или каскады), построенные достаточно плохо с тепловой точки зрения. Предпринимаемые улучшения должны не только учитывать принципы функционирования данной схемы, но и тип используемых полупроводниковых устройств. Например, в плохо построенном каскаде тепловая предельная частота будет выше, а возникающие искажения меньше при использовании транзисторов небольших размеров, типа SM. Использование деталей разных типов является, вероятно, одной из основных причин того, что усилители, рассчитанные по одинаковой методике, имеющие одинаковые схемы и практически одинаковые конструкции, при прослушивании дают все же разные результаты. Беда в том, что многие фирмы изготовляют полупроводники какого-либо типа не обязательно по одной и той же технологии. Более того, технология иногда меняется, в то время как марка полупроводника остается неизменной, и даже корпус, на первый взгляд, тот же.

Предпринятые автором некоторые переделки усилителей и серия измерений уже дали первые, внушающие надежду результаты. После переделки усилителя с соблюдением сформулированных выше правил, переходные процессы "необъяснимого" происхождения снижаются (с большой вероятностью) до благоприятно низкого уровня, так что они или не регистрируются, или же обнаруживаются с трудом. Расчеты показывают, что можно ожидать уменьшения такого рода переходных искажений примерно на порядок. Можно ликвидировать или значительно снизить странное изменение качества звучания после прекращения или значительного уменьшения сильного входного сигнала. Не появляются (по крайней мере, не различимы или почти не различимы на слух) иногда встречающиеся "загадочные" перекрестные искажения некоторых музыкальных мелодий.

Еще раз нужно подчеркнуть, что речь здесь идет не о тех искажениях в усилителе, которые контролируются традиционными методами измерений. Напротив, речь идет о тех случаях, где эти методы терпят крах (не обнаруживают заметных искажений), а качество звучания все же неудовлетворительное. Конечно, с помощью хитроумных (например дифференциальных) способов можно было бы все же измерить тепловые изменения параметров усилителя. Однако здесь, опять же, возникает проблема оценок ошибок измерений, возникающих по похожим причинам у используемых измерительных приборов. И все равно, исправленный "на слух" усилитель будет иметь более высокую категорию. Естественно, переконструирование и экспериментирование - работа не для новичков. Необходимы осторожность, аккуратность и воображение. Могут встретиться другие побочные эффекты (например ультравозбуждение и т.п.), которые больше ухудшают. чем улучшают положение.

Автор не пытается скрыть того, что цель этой статьи, в первую очередь, пробудить мысль читателей, заставить взглянуть на "вечнозеленую" проблему искажений под новым углом.

Radiotechnika Evkonyve, 1998.

Перевод А.Бельского.

(РЛ 5-99)