Виктор Жуковский, г. Красноармейск Донецкой обл.

УМЗЧ ВВ-2010 — новая раз­работка из широко известной ли­нейки усилителей УМЗЧ BB (вы­сокой верности) [ 1; 2; 5]. На ряд использованных технических ре­шений оказали влияние работы Агеева СИ. [3].

Усилитель обеспечивает Kr порядка 0,001% на частоте 20 кГц при Рвых = 150 Вт на нагрузке 8 Ом, полоса частот малого сигна­ла по уровню -3 дБ — 0 Гц … 800 кГц, скорость нарастания выход­ного напряжения -100 В/мкс, от­ношение сигнал/шум и сигнал/ фон -120 дБ.

Благодаря применению ОУ, работающего в облегчённом ре­жиме, а также использованию в усилителе напряжения только каскадов с OK и ОБ, охваченных глубокими местными ООС, УМЗЧ BB отличается высокой линейно­стью ещё до охвата общей ООС. В самом первом усилителе высо­кой верности [1] ещё в 1985 году были применены решения, до тех пор использовавшиеся только в измерительной техни­ке: режимы по постоянному току поддерживает отдельный сер­висный узел, для снижения уровня интерфейсных искажений охвачено общей обратной отрицательной связью переходное сопротивление контактной группы реле коммутации АС, а спе­циальный узел эффективно компенсирует влияние на эти ис­кажения сопротивления кабелей АС. Традиция сохранилась и в УМЗЧ ВВ-2010, вместе с тем общая ООС охватывает и со­противление выходного ФНЧ.

В абсолютном большинстве конструкций других УМЗЧ, как профессиональных, так и любительских, многие их этих реше­ний отсутствуют до сих пор. Вместе с тем высокие техничес­кие характеристики и аудиофильские достоинства УМЗЧ BB достигнуты простыми схемотехническими решениями и мини­мумом активных элементов. По сути, это сравнительно неслож­ный усилитель: один канал не торопясь можно собрать за пару дней, а настройка заключается лишь в установке необходимо­го тока покоя выходных транзисторов. Специально для начи­нающих радиолюбителей разработана методика поузловой, покаскадной проверки работоспособности и наладки, пользу­ясь которой можно гарантированно локализовать места воз­можных ошибок и предотвратить их возможные последствия ещё до полной сборки УМЗЧ. На все возможные вопросы по этому или подобным усилителям есть подробные объяснения, как на бумажных носителях, так и в Интернете.

 

УМЗЧ высокой верности 2010

УМЗЧ высокой верности 2010

На входе усилителя предусмотрен ФВЧ R1C1 с частотой среза 1,6 Гц, рис.1. Но эффективность работы устройства ста­билизации режимов позволяет усилителю работать со вход­ным сигналом, содержащим до 400 мВ напряжения постоян­ной составляющей. Поэтому С1 исключён, что реализует из­вечную аудиофильскую мечту о тракте без конденсаторов © и заметно улучшает звучание усилителя.

Ёмкость конденсатора С2 входного ФНЧ R2C2 выбрана так, чтобы частота среза входного ФНЧ с учётом выходного сопро­тивления предусилителя 500 Ом -1 кОм находилась в преде­лах от 120 до 200 кГц. На вход ОУ DA1 вынесена цепь частот­ной коррекции R3R5C3, ограничивающая полосу отрабатыва­емых гармоник и помех, поступающих по цепи ООС со сторо­ны выхода УМЗЧ, полосой 215 кГц по уровню -3 дБ и повыша­ющая устойчивость усилителя. Эта цепь позволяет уменьшить разностный сигнал выше частоты среза цепи и тем исключить напрасную перегрузку усилителя напряжения сигналами вы­сокочастотных наводок, помех и гармоник, устраняя возмож­ность возникновения динамических интермодуляционных ис­кажений (TIM; DIM).

Далее сигнал поступает на вход малошумящего операци­онного усилителя с полевыми транзисторами на входе DA1. Много «претензий» к УМЗЧ BB предъявляются оппонентами по поводу применения на входе ОУ, якобы ухудшающего ка­чество звучания и «крадущего виртуальную глубину» звука. В связи с этим необходимо обратить внимание на некоторые вполне очевидные особенности работы ОУ в УМЗЧ ВВ.

Операционные усилители предварительных усилителей, послеЦАПовые ОУ вынуждены развивать несколько вольт вы­ходного напряжения. Поскольку коэффициент усиления ОУ невелик и составляет от 500 до 2.000 раз на 20 кГц, это указы­вает на их работу с относительно большим напряжением раз­ностного сигнала — от нескольких сот микровольт на НЧ до не­скольких милливольт на 20 кГц и высокую вероятность внесе­ния входным каскадом ОУ интермодуляционных искажений. Выходное напряжение этих ОУ равно выходному напряжению последнего каскада усиления напряжения, выполненного обыч­но по схеме с ОЭ. Выходное напряжение в несколько вольт говорит о работе этого каскада с довольно большими входны­ми и выходными напряжениями, и как следствие — внесении им искажений в усиливаемый сигнал. ОУ нагружен на сопро­тивление параллельно включенных цепи ООС и нагрузки, со­ставляющее иногда несколько килоом, что требует от выход­ного повторителя усилителя выходного тока до нескольких миллиампер. Поэтому изменения тока выходного повторите­ля ИМС, выходные каскады которой потребляют ток не более 2 мА, довольно значительны, что также указывает на внесение ими искажений в усиливаемый сигнал. Видим, что входной каскад, каскад усиления напряжения и выходной каскад ОУ могут вносить искажения.

А вот схемотехника усилителя высокой верности благода­ря высоким усилению и входному сопротивлению транзистор­ной части усилителя напряжения обеспечивает весьма щадя­щие условия работы ОУ DA1. Судите сами. Даже в развившем номинальное выходное напряжение 50 В УМЗЧ входной диф­ференциальный каскад ОУ работает с разностными сигнала­ми напряжением от 12 мкВ на частотах 500 Гц до 500 мкВ на частоте 20 кГц. Соотношение высокой входной перегрузочной способности дифкаскада, выполненного на полевых транзис­торах, и мизерного напряжения разностного сигнала обеспе­чивает высокую линейность усиления сигнала. Выходное на­пряжение ОУ не превышает 300 мВ. что говорит о малом входном напряжении каскада усиления напряжения с общим эмит­тером из состава операционного усилителя — до 60 мкВ — и линейном режиме его работы. Выходной каскад ОУ отдаёт в нагрузку порядка 100 кОм со стороны базы VT2 переменный ток не более 3 мкА. Следовательно, выходной каскад ОУ тоже работает в предельно облегчённом режиме, практически на холостом ходу. На реальном музыкальном сигнале напряже­ния и токи большую часть времени на порядок меньше приве­денных значений.

Из сравнения напряжений разностного и выходного сиг­налов, а также тока нагрузки видно, что в целом операцион­ный усилитель в УМЗЧ BB работает в сотни раз более лёгком, а, значит, и линейном режиме, чем режим ОУ предусилителей и послеЦАПовых ОУ CD-проигрывателей, служащих источни­ками сигнала для УМЗЧ с любой глубиной ООС, а также и вов­се без оной. Следовательно, один и тот же ОУ будет вносить в составе УМЗЧ BB гораздо меньшие искажения, чем в одиноч­ном включении.

Изредка встречается мнение, что вносимые каскадом ис­кажения неоднозначно зависят от напряжения входного сиг­нала. Это ошибка. Зависимость проявления нелинейности кас­када от напряжения входного сигнала может подчиняться тому или иному закону, но она всегда однозначна: увеличение это­го напряжения никогда не приводит к уменьшению вносимых искажений, а только к увеличению.

Известно, что уровень продуктов искажений, приходящийся на данную частоту, снижается пропорционально глубине от­рицательной обратной связи для этой частоты. Коэффициент усиления холостого хода, до охвата усилителя ООС, на низ­ких частотах ввиду малости входного сигнала измерить невоз­можно. Согласно расчётам, развиваемое до охвата ООС уси­ление холостого хода позволяет достичь глубины ООС 104 дБ на частотах до 500 Гц. Измерения для частот, начиная с 10 кГц, показывают, что глубина ООС на частоте 10 кГц достига­ет 80 дБ, на частоте 20 кГц — 72 дБ, на частоте 50 кГц — 62 дБ и 40 дБ — на частоте 200 кГц. На рис.2 показаны амплитудно-частотные характеристики УМЗЧ ВВ-2010 и, для сравнения, сходного по сложности УМЗЧ Леонида Зуева [4].

 

Высокое усиление до охвата ООС — основная особенность схемотехники усилителей ВВ. Поскольку целью всех схемотех­нических ухищрений является достижение высокой линейнос­ти и большого усиления для ведения глубокой ООС в макси­мально широкой полосе частот, это означает, что подобными структурами исчерпываются схемотехнические методы совер­шенствования параметров усилителей. Дальнейшее снижение искажений может быть обеспечено только конструктивными мерами, направленными на уменьшение наводок гармоник выходного каскада на входные цепи, особенно — на цепь ин­вертирующего входа, усиление от которой максимально.

Ещё одна особенность схемотехники УМЗЧ BB заключает­ся в токовом управлении выходным каскадом усилителя на­пряжения. Входной ОУ управляет каскадом преобразования напряжение-ток, выполненным с OK и ОБ, а полученный ток вычитается из тока покоя каскада, выполненного по схеме с ОБ.

Применение линеаризирующего резистора R17 сопротив­лением 1 кОм в дифференциальном каскаде VT1, VT2 на тран­зисторах разной структуры с последовательным питанием по­вышает линейность преобразования выходного напряжения ОУ DA1 в ток коллектора VT2 созданием местной ООС глубиной 40 дБ. Это можно видеть из сравнения суммы собственных сопротивлений эмиттеров VT1, VT2 — примерно по 5 Ом — с сопротивлением R17, или суммы тепловых напряжений VT1, VT2 — около 50 мВ — с падением напряжения на сопротивлении R17, составляющем 5,2 — 5,6 В.

У построенных по рассматриваемой схемотехнике усили­телей наблюдается резкий, 40 дБ на декаду частоты, спад уси­ления свыше частоты 13…16 кГц. Сигнал ошибки, представля­ющий собой продукты искаже­ний, на частотах выше 20 кГц на два-три порядка меньше полез­ного звукового сигнала. Это даёт возможность конвертировать из­быточную на этих частотах линей­ность дифкаскада VT1, VT2 в по­вышение коэффициента усиле­ния транзисторной части УН. Вви­ду незначительных изменений тока дифкаскада VT1, VT2 при усилении слабых сигналов его линейность с уменьшением глу­бины местной ООС существенно не ухудшается, а вот работа ОУ DA1, от режима работы которого на этих частотах зависит линей­ность всего усилителя, запас уси­ления облегчит, так как все на­пряжения, определяющие вноси­мые операционным усилителем искажения, начиная от разно­стного сигнала до выходного, уменьшаются пропорционально выигрышу в усилении на данной частоте.

Цепи коррекции на опереже­ние по фазе R18C13 и R19C16 оп­тимизировались в симуляторе с целью уменьшить разностное на­пряжение ОУ до частот в несколь­ко мегагерц. Удалось повысить усиление УМЗЧ ВВ-2010 по срав­нению с УМЗЧ ВВ-2008 на часто­тах порядка нескольких сот кило­герц. Выигрыш в усилении соста­вил 4 дБ на частоте 200 кГц, 6 -на 300 кГц, 8,6 — на 500 кГц, 10,5 дБ — на 800 кГц, 11 дБ — на 1 МГц и от 10 до 12 дБ — на частотах выше 2 МГц. Это видно из результатов симуляции, рис.3, где нижняя кривая относится к АЧХ цепи коррекции на опережения УМЗЧ ВВ-2008, а верхняя -УМЗЧ ВВ-2010.

VD7 защищает эмиттерный переход VT1 от обратного на­пряжения, возникающего вследствие протекания токов пере­зарядки С13, С16 в режиме ограничения выходного сигнала УМЗЧ по напряжению и возникающих при этом предельных напряжениях с высокой скоростью изменения на выходе ОУ DA1.

Выходной каскад усилителя напряжения выполнен на тран­зисторе VT3, включенном по схеме с общей базой, что исклю­чает проникновение сигнала из выходных цепей каскада во входные и повышает его устойчивость. Каскад с ОБ, нагру­женный на генератор тока на транзисторе VT5 и входное со­противление выходного каскада, развивает высокое устойчи­вое усиление — до 13.000…15.000 раз. Выбор сопротивления резистора R24 вдвое меньшим сопротивления резистора R26 гарантирует равенство токов покоя VT1, VT2 и VT3, VT5. R24, R26 обеспечивают местные ООС, уменьшающие действие эффекта Эрли — изменение п21э в зависимости от коллектор­ного напряжения и повышают исходную линейность усилите­ля на 40 дБ и 46 дБ соответственно. Питание УН отдельным напряжением, по модулю на 15 В выше напряжения выходных каскадов, позволяет устранить эффект квазинасыщения тран­зисторов VT3, VT5, проявляющийся в уменьшении п21э при снижении напряжения коллектор-база ниже 7 В.

Трёхкаскадный выходной повторитель собран на биполяр­ных транзисторах и особых комментариев не требует. Не пы­тайтесь бороться с энтропией ©, экономя на токе покоя вы­ходных транзисторов. Он не должен быть менее 250 мА; в ав­торском варианте — 320 мА.

До срабатывания реле включения AC К1 усилитель охва­чен ООС1, реализованной включением делителя R6R4. Точ­ность соблюдения сопротивления R6 и согласованность этих сопротивлений в разных каналах не существенна, но для со­хранения устойчивости усилителя важно, чтобы сопротивле­ние R6 не было намного ниже суммы сопротивлений R8 и R70. Срабатыванием реле К1 ООС1 отключается и в работу всту­пает цепь ООС2, образованная R8R70C44 и R4, и охватываю­щая контактную группу К1.1, где R70C44 исключает выходной ФНЧ R71L1 R72C47 из цепи ОООС на частотах выше 33 кГц. Частотнозависимая ООС R7C10 формирует спад АЧХ УМЗЧ до выходного ФНЧ на частоте 800 кГц по уровню -3 дБ и обес­печивает запас по глубине ООС выше этой частоты. Спад АЧХ на клеммах AC выше частоты 280 кГц по уровню -3 дБ обеспе­чен совместным действием R7C10 и выходного ФНЧ R71L1 -R72C47.

Резонансные свойства громкоговорителей приводят к из­лучению диффузором затухающих звуковых колебаний, при­звуков после импульсного воздействия и генерации собствен­ного напряжения при пересечении витками катушки громко­говорителя линий магнитного поля в зазоре магнитной систе­мы. Коэффициент демпфирования показывает, как велика амплитуда колебаний диффузора и сколь быстро они затуха­ют при нагрузке AC как генератора на полное сопротивление со стороны УМЗЧ. Этот коэффициент равен отношению сопро­тивления AC к сумме выходного сопротивления УМЗЧ, пере­ходного сопротивления контактной группы реле коммутации АС, сопротивления намотанной обычно проводом недостаточ­ного диаметра катушки индуктивности выходного ФНЧ, пере­ходного сопротивления зажимов кабелей AC и сопротивления собственно кабелей АС.

Кроме того, полное сопротивление акустических систем нелинейно. Протекание искажённых токов по проводам кабе­лей AC создаёт падение напряжения с большой долей нели­нейных искажений, также вычитающееся из неискажённого вы­ходного напряжения усилителя. Поэтому сигнал на зажимах AC искажён гораздо больше, чем на выходе УМЗЧ. Это так называемые интерфейсные искажения.

Для уменьшения этих искажений применена компенсация всех составляющих полного выходного сопротивления усили­теля. Собственное выходное сопротивление УМЗЧ вместе с переходным сопротивлением контактов реле и сопротивлени­ем провода катушки индуктивности выходного ФНЧ уменьше­но действием глубокой общей ООС, взятой с правого вывода L1. Кроме того, подключением правого вывода R70 к «горя­чей» клемме AC можно легко организовать компенсацию пе­реходного сопротивления зажима кабеля AC и сопротивления одного из проводов АС, не опасаясь генерации УМЗЧ из-за фазовых сдвигов в охваченных ООС проводах.

Узел компенсации сопротивления проводов AC выполнен в виде инвертирующего усилителя с Ky = -2 на ОУ DA2, R10, С4, R11 и R9. Входным напряжением для этого усилителя слу­жит падение напряжения на «холодном» («земляном») прово­де АС. Поскольку его сопротивление равно сопротивлению «горячего» провода кабеля АС, для компенсации сопротивле­ния обоих проводов достаточно удвоить напряжение на «хо­лодном» проводе, инвертировать его и через резистор R9 с сопротивлением, равным сумме сопротивлений R8 и R70 цепи ООС, подать на инвертирующий вход ОУ DA1. Тогда выход­ное напряжение УМЗЧ увеличится на сумму падений напря­жений на проводах АС, что равносильно устранению влияния их сопротивления на коэффициент демпфирования и уровень интерфейсных искажений на зажимах АС. Компенсация паде­ния на сопротивлении проводов AC нелинейной составляющей противоЭДС громкоговорителей особенно нужна на нижних частотах звукового диапазона. Напряжение сигнала на ВЧ-громкоговорителе ограничивается подключенными последова­тельно с ним резистором и конденсатором. Их комплексное сопротивление гораздо больше сопротивления проводов ка­беля АС, поэтому компенсация этого сопротивления на ВЧ лишена смысла. Исходя из этого интегрирующая цепь R11C4 ограничивает полосу рабочих частот компенсатора значени­ем 22 кГц.

Особо следует заметить: сопротивление «горячего» про­вода кабеля AC может компенсироваться путём охвата его общей ООС подключением правого вывода R70 специальным проводом к «горячей» клемме АС. В этом случае понадобится компенсация только сопротивления «холодного» провода AC и коэффициент усиления компенсатора сопротивления прово­дов необходимо уменьшить до значения Ку=-1 выбором со­противления резистора R10 равным сопротивлению резисто­ра R11.

Узел токовой защиты предотвращает повреждение выход­ных транзисторов при коротких замыканиях в нагрузке. Дат­чиком тока служат резисторы R53 — R56 и R57 — R60, чего впол­не достаточно. Протекание через эти резисторы выходного тока усилителя создаёт падение напряжения, которое прикла­дывается к делителю R41R42. Напряжение со значением боль­ше порогового открывает транзистор VT10, а его коллектор­ный ток открывает VT8 триггерной ячейки VT8VT9. Эта ячейка переходит в устойчивое состояние с открытыми транзистора­ми и шунтирует цепь HL1VD8, уменьшая ток через стабилит­рон до нуля и запирая VT3. Разрядка С21 небольшим током базы VT3 может занять несколько миллисекунд. После сраба­тывания триггерной ячейки напряжение на нижней обкладке С23, заряженного напряжением на светодиоде HL1 до 1,6 В, повышается с уровня -7,2 В от положительной шины питания УН до уровня -1,2 B1 напряжение на верхней обкладке этого конденсатора также повышается на 5 В. С21 быстро разряжа­ется через резистор R30 на С23, транзистор VT3 запирается. Тем временем открывается VT6 и через R33, R36 открывает VT7. VT7 шунтирует стабилитрон VD9, разряжает через R31 конденсатор С22 и запирает транзистор VT5. Не получая на­пряжения смещения, транзисторы выходного каскада также запираются.

Восстановление исходного состояния триггера и включе­ние УМЗЧ производится нажатием на кнопку SA1 «Сброс за­щиты». С27 заряжается током коллектора VT9 и шунтирует цепь базы VT8, запирая триггерную ячейку. Если к этому моменту аварийная ситуация устранена и VT10 заперт, ячейка перехо­дит в состояние с устойчиво закрытыми транзисторами. Зак­рываются VT6, VT7, на базы VT3, VT5 подаётся опорное на­пряжение и усилитель входит в рабочий режим. Если корот­кое замыкание в нагрузке УМЗЧ продолжается, защита сра­батывает вновь, даже если конденсатор С27 подключен SA1. Защита работает настолько эффективно, что во время работ по настройке коррекции усилитель несколько раз обесточи­вался для мелких перепаек …прикосновением к неинвертиру-ющему входу. Возникающее самовозбуждение приводило к увеличению тока выходных транзисторов, а защита отключа­ла усилитель. Хотя нельзя предлагать этот грубый метод как правило, но благодаря токовой защите он не причинил вреда выходным транзисторам.

 

Работа компенсатора сопротивления кабелей АС.

Эффективность работы компенсатора УМЗЧ ВВ-2008 про­верялась старым аудиофильским методом, на слух, коммута­цией входа компенсатора между компенсирующим проводом и общим проводом усилителя. Улучшение звука было явно за­метно, да и будущему хозяину не терпелось получить усили­тель, поэтому измерений влияния компенсатора не проводи­лось. Преимущества схемы с «кабелечисткой» были столь оче­видны, что конфигурация «компенсатор+интегратор» была при­нята как стандартный узел для установки во всех разрабаты­ваемых усилителях.

Удивительно, сколь много излишних споров вокруг полез­ности/ненужности компенсации сопротивления кабелей раз­горелось в Интернете. Как водится, особенно настаивали на прослушивании нелинейного сигнала те, кому предельно про­стая схема кабелечистки казалась сложной и непонятной, зат­раты на неё — непомерными, а установка — трудоёмкой ©. Выс­казывались даже предложения, что, раз уж тратится столь мно­го средств на сам усилитель, то грех экономить на святом, а нужно пойти наилучшим, гламурным путём, каким ходит всё цивилизованное человечество и …приобрести нормальные, че­ловеческие © сверхдорогие кабели из драгметаллов. К мое­му большому удивлению, масла в огонь подлили заявления весьма уважаемых специалистов о ненужности узла компен­сации в домашних условиях, в том числе тех специалистов, которые в своих усилителях этот узел с успехом применяют. Весьма прискорбно, что многие коллеги-радиолюбители с не­доверием отнеслись к сообщениям о повышении качества зву­чания на НЧ и СЧ с включением компенсатора, изо всех сил избегали этого простого пути улучшения работы УМЗЧ, чем обокрали сами себя.

Для документализации истины было проведено небольшое исследование. От генератора ГЗ-118 на УМЗЧ ВВ-2010 был подан ряд частот в районе резонансной частоты АС, напряже­ние контролировалось осциллографом С1-117, а Kr на клеммах AC измерялся ИНИ С6-8, рис.4. Проверка эффективности сопротивления проводовРезистор R1 установлен во избежание наводок на вход компенсатора во время пере­ключения его между контрольным и общим проводом. В экс­перименте использовались распространённые и общедоступ­ные кабели AC длиной 3 м и сечением жилы 6 кв. мм, а также акустическая система GIGA FS Il с диапазоном частот 25 -22.000 Гц, номинальным сопротивлением 8 Ом и номиналь­ной мощностью 90 Вт фирмы Acoustic Kingdom.

К сожалению, схемотехника усилителей сигнала гармоник из состава С6-8 предусматривает применение оксидных кон­денсаторов высокой ёмкости в цепях ООС. Это приводит к влиянию низкочастотных шумов этих конденсаторов на разре­шение прибора на низких частотах, вследствие чего его раз­решение на НЧ ухудшается. При измерении Kr сигнала частотой 25 Гц от ГЗ-118 напрямую С6-8 по­казания прибора пляшут вокруг значе­ния 0,02%. Обойти это ограничение с помощью режекторного фильтра гене­ратора ГЗ-118 в случае с измерением эффективности компенсатора не пред­ставляется возможным, т.к. ряд дискрет­ных значений частот настройки 2Т-филь-тра ограничен на НЧ значениями 20,60, 120, 200 Гц и не позволяет измерять Kr на интересующих нас частотах. Поэто­му, скрепя сердце, уровень в 0,02% был принят как нулевой, эталонный.

На частоте 20 Гц при напряжении на клеммах AC 3 В ампл., что соответству­ет выходной мощности 0,56 Вт на на­грузке 8 Ом, Kr составил 0,02% со вклю­ченным компенсатором и 0,06% — после его отключения. При напряжении 10 В ампл, что соответствует выходной мощ­ности 6,25 Вт, значение Kr 0,02% и 0,08% соответственно, при напряжении 20 В ампл и мощности 25 Вт — 0,016% и 0,11%, а при напряжении 30 В ампл и мощности 56 Вт — 0,02% и 0,13%.

Зная облегчённое отношение изго­товителей импортной аппаратуры к зна­чениям надписей, касающихся мощно­сти, а также помня чудесное, после при­нятия западных стандартов, превраще­ние акустической системы 35АС-1 с мощностью низкочастотного громкого­ворителя 30 Вт в S-90, долговременная мощность более 56 Вт на AC не подавалась.

На частоте 25 Гц при мощности 25 Вт Kr составил 0,02% и 0,12% с вклю­ченным/выключенным узлом компенса­ции, а при мощности 56 Вт — 0,02% и 0,15%.

Заодно была проверена необходимость и эффективность охвата выходного ФНЧ общей ООС. На частоте 25 Гц при мощ­ности 56 Вт и включенном последовательно в один из прово­дов кабеля AC выходного RL-RC ФНЧ, подобного установлен­ному в сверхлинейном УМЗЧ [3], Kr с выключенным компенса­тором достигает 0,18%. На частоте 30 Гц при мощности 56 Вт Kr 0,02% и 0,06% с включенным/выключенным узлом компен­сации. На частоте 35 Гц при мощности 56 Вт Kr 0,02% и 0,04% с включенным/выключенным узлом компенсации. На частотах 40 и 90 Гц при мощности 56 Вт Kr 0,02% и 0,04% с включен­ным/выключенным узлом компенсации, а на частоте 60 Гц -0,02% и 0,06%.

Выводы очевидны. Наблюдается наличие нелинейных ис­кажений сигнала на клеммах АС. Отчётливо фиксируется ухуд­шение линейности сигнала на клеммах AC с включением её через нескомпенсированное, не охваченное ООС сопротивле­ние ФНЧ, содержащего 70 см сравнительно тонкого провода. Зависимость уровня искажений от подводимой к AC мощнос­ти позволяет предположить, что он зависит от соотношения мощности сигнала и номинальной мощности НЧ-громкогово-рителей АС. Искажения наиболее ярко выражены на частотах вблизи резонансной. Генерируемая динамиками в ответ на воздействие звукового сигнала противоЭДС шунтируется сум­мой выходного сопротивления УМЗЧ и сопротивления прово­дов кабеля АС, поэтому уровень искажений на клеммах AC прямо зависит от сопротивления этих проводов и выходного сопротивления усилителя.

Диффузор плохо демпфированного низкочастотного гром­коговорителя сам по себе излучает призвуки, и, кроме того, этот громкоговоритель генерирует широкий хвост продуктов нелинейных и интермодуляционных искажений, которые вос­производит громкоговоритель среднечастотный. Этим и объяс­няется ухудшение звучания на средних частотах.

Несмотря на принятое вследствие неидеальности ИНИ допущение нулевого уровня Kr в 0,02%, влияние компенсато­ра сопротивления кабелей на искажения сигала на клеммах AC отмечается отчётливо и однозначно. Можно констатиро­вать полное соответствие выводов, сделанных после прослу­шивания работы узла компенсации на музыкальном сигнале, и результатов инструментальных измерений.

Улучшение, явно слышимое при включении кабелечистки, может быть объяснено тем, что с исчезновением искажений на клеммах AC среднечастотный громкоговоритель прекраща­ет воспроизводить всю эту грязь. Видимо, поэтому, за счёт уменьшения или исключения воспроизведения искажений среднечастотным громкоговорителем двухкабельная схема включения АС, т.н. «бивайринг», когда НЧ и СЧ-ВЧ звенья под­ключаются разными кабелями, имеет преимущество в звуке по сравнению с однокабельной схемой. Впрочем, поскольку в двухкабельной схеме искажённый сигнал на клеммах НЧ-сек-ции AC никуда не исчезает, эта схема проигрывает варианту с компесатором по коэффициенту демпирования свободных колебаний диффузора низкочастотного громкоговорителя.

Физику не обманешь, и для приличного звучания недоста­точно получить блестящие показатели на выходе усилителя при активной нагрузке, но необходимо также не потерять линей­ность после доставки сигнала на клеммы АС. В составе хоро­шего усилителя совершенно необходим компенсатор, выпол­ненный по той или иной схеме.

Интегратор.

Также была проверена эффективность и возможности уменьшения погрешности интегратора на DA3. В УМЗЧ BB с ОУ TL071 выходное постоянное напряжение находится в пре­делах 6…9 мВ и уменьшить это напряжение включением до­полнительного резистора в цепь неинвертирующего входа не удалось.

Действие низкочастотных шумов, характерных для ОУ с ПТ-входом, вследствие охвата глубокой ООС через частотноза-висимую цепь R16R13C5C6 проявляется в виде нестабильно­сти выходного напряжения величиной в несколько милливольт, или -60 дБ относительно выходного напряжения при номиналь­ной выходной мощности, на частотах ниже 1 Гц, не воспроиз­водимых АС.

В интернете упоминалось о низком сопротивлении защит­ных диодов VD1…VD4, что, якобы, вносит погрешность в работу интегратора из-за образования делителя (R16+R13)/R VD2|VD4.. Дляпроверки обратного сопротивления защитных диодов была собрана схема рис. 6. Здесь ОУ DA1, включенный по схеме ин­вертирующего усилителя, охва­чен ООС через R2, его выход­ное напряжение пропорцио­нально току в цепи проверяемо­го диода VD2 и защитного ре­зистора R2 с коэффициентом 1 мВ/нА, а сопротивлению цепи R2VD2 — с коэффициентом 1 мВ/15 ГОм. Чтобы исключить влияние аддитивных погрешно­стей ОУ — напряжения смеще­ния и входного тока на результаты измерения тока утечки ди­ода, необходимо вычислить только разность между собствен­ным напряжением на выходе ОУ, измеренным без проверяе­мого диода, и напряжением на выходе ОУ после его установ­ки. Практически разница выходных напряжений ОУ в несколь­ко милливольт даёт значение обратного сопротивления диода порядка десяти — пятнадцати гигаом при обратном напряже­нии 15 В. Очевидно, что ток утечки не станет больше с умень­шением напряжения на диоде до уровня нескольких милли­вольт, характерного для разностного напряжения ОУ интегра­тора и компенсатора.

А вот фотоэффект, свойственный диодам, помещённым в стекляный корпус, действительно приводит к значительному изменению выходного напряжения УМЗЧ. При освещении их лампой накаливания в 60 Вт с расстояния 20 см постоянное напряжение на выходе УМЗЧ возрастало до 20…3O мВ. Хотя вряд ли внутри корпуса усилителя может наблюдаться сходный уровень освещённости, капля краски, нанесённая на эти диоды, устранила зависимость режимов УМЗЧ от освещенности. Согласно результатам симуляции, спад АЧХ УМЗЧ не на­блюдается даже на частоте 1 миллигерц. Но уменьшать посто­янную времени R16R13C5C6 не следует. Фазы переменных напряжений на выходах интегратора и компенсатора проти­воположны, и с уменьшением ёмкости конден­саторов или сопротивления резисторов интег­ратора увеличение его выходного напряжения может ухудшить компенсацию сопротивления кабелей АС.

Сравнение звучания усилителей. Звучание собранного усилителя сравнива­лось со звучанием нескольких зарубежных уси­лителей промышленного производства. Источ­ником служил CD-проигрыватель фирмы «Кем­бридж Аудио», для раскачки и регулировки уровня звука оконечных УМЗЧ применялся предварительный усилитель «Радиотехника УП-001», у «Sugden А21а» и NAD С352 использова­лись штатные органы регулировки.

Первым проверили легендарный, эпатажный и чертовски дорогой английский УМЗЧ «Sugden А21а», работающий в классе А с вы­ходной мощностью 25 Вт. Что примечательно, в сопроводительной документации на усь анг­личане сочли за благо уровень нелинейных ис­кажений не указывать. Дескать, не в искажени­ях дело, а в духовности. «Sugden А21а>» проиг­рал УМЗЧ ВВ-2010 при сопоставимой мощнос­ти как по уровню, так и по чёткости, увереннос­ти, благородству звучания на низких частотах. Это и не удивительно, учитывая особенности его схемотехники: всего лишь двухкаскадный квазисимметричный выходной повторитель на транзисторах одной структуры, собранный по схемотехнике 70-х годов прошлого столетия с относительно высоким выходным сопротивле­нием и включенным на выходе ещё более уве­личивающим полное выходное сопротивление электролитическим конденсатором — это после­днее решение само по себе ухудшает звучание любых усилителей на низких и средних часто­тах. На средних и высоких частотах УМЗЧ BB показал более высокую детализацию, прозрач­ность и отличную проработку сцены, когда пев­цы, инструменты могли быть чётко локализова­ны по звуку. Кстати, к слову о корреляции объективных данных измерений и субъективных впечатлений от звучания: в одной из журналь­ных статей конкурентов Sugden-a его Kr опре­делялся на уровне 0,03% на частоте 10 кГц.

Следующим был тоже английский усили­тель NAD С352. Общее впечатление было тем же: ярко выраженный «ведёрный» звук англи­чанина на НЧ не оставил ему никаких шансов, тогда как работа УМЗЧ BB была признана бе­зукоризненной. В отличие от NADa, звучание которого ассоциировалось с густым кустарни­ком, шерстью, ватой, звучание ВВ-2010 на сред­них и высоких частотах позволяло отчётливо различать голоса исполнителей в общем хоре и инструментов в оркестре. В работе NAD С352 явно выражался эффект лучшей слышимости более голосистого исполнителя, более громко­го инструмента. Как выразился сам хозяин уси­лителя, в звуке УМЗЧ BB вокалисты не «закри-кивали» друг друга, а скрипка не сражалась в силе звука с гитарой или трубой, но все инст­рументы мирно и гармонично «дружили» в об­щем звуковом образе мелодии. На высоких ча­стотах УМЗЧ ВВ-2010, по словам образно мыс­лящих аудиофилов, звучит так, «как будто ри­сует звук тонкой-тонкой кисточкой». Эти эффек­ты можно отнести к разнице в интермодуляци­онных искажениях усилителей.

Звучание УМЗЧ Rotel RB 981 было сходно со звучанием NAD С352, за исключением лучшей работы на низких частотах, всё же УМЗЧ ВВ-2010 в чёткости управления AC на низ­ких частотах, а также прозрачности, деликатности звучания на средних и высоких частотах оставался вне конкуренции.

Самым интересным в плане понимания образа мышления аудиофилов было общее мнение, что, несмотря на превосход­ство над этими тремя УМЗЧ, они привносят в звук «теплоту», чем делают его приятнее, а УМЗЧ BB работает ровно, «к звуку относится нейтрально».

Японский Dual CV1460 проиграл в звуке сразу после вклю­чения самым очевидным для всех образом, и тратить времени на его подробное прослушивание не стали. Его Kr находился в пределах 0,04…0,07% на малой мощности.

Основные впечатления от сравнения усилителей в основ­ных чертах были полностью идентичными: УМЗЧ BB опережал их в звуке безоговорочно и однозначно. Поэтому дальнейшие испытания были признаны излишними. В итоге победила друж­ба, каждый получил желаемое: для тёплого, задушевного зву­чания — Sugden, NAD и Rotel, а чтобы услышать записанное на диск режиссёром — УМЗЧ ВВ-2010.

Лично мне УМЗЧ высокой верности нравится лёгким, чистым, безукоризненным, благородным звучанием, он играючи воспро­изводят пассажи любой сложности. Как выразился мой знако­мый, аудиофил с большим стажем, звуки ударных установок на низких частотах он отрабатывает без вариантов, как пресс, на средних он звучит так, как будто его нет, а на высоких он как будто рисует звук тоненькой кисточкой. Для меня ненапрягающий звук УМЗЧ BB ассоциируется с лёгкостью работы каскадов.

 

Литература

1. Сухов И. УМЗЧ высокой верности. «Радио», 1989, № 6, стр. 55-57; №7, стр. 57-61.

2. Ридико Л. УМЗЧ BB на современной элементной базе с микроконтроллерной системой управления. «Радиохобби», 2001, №5, стр. 52-57; №6, стр. 50-54; 2002, №2, стр. 53-56.

3. Агеев С. Сверхлинейный УМЗЧ с глубокой ООС «Радио», 1999, №№ 10… 12; «Радио», 2000, №№ 1; 2; 4…6; 9… 11.

4. Зуев. Л. УМЗЧ с параллельной ООС. «Радио», 2005, №2 , стр. 14.

5. Жуковский В. Зачем нужно быстродействие УМЗЧ (или «УМЗЧ ВВ-2008»). «Радиохобби», 2008, №1, стр. 55-59; №2, стр. 49-55.

Радиохобби 5-6/2010

 

 

12 комментариев к “УМЗЧ высокой верности 2010”

  1. Считаю что термин «высокая верность» определяет качество аппарата. Бренд и цена никакого отношения к качеству воспроизведения не имеет. Западные производители не желают, или скорее всего не могут создать аппарат равный усилителю Н. Сухова. Посмотрите технические характеристики «легендарных» аппаратов. В большинстве своём это уровень поделок из брошюрки «В помощь сельскому радиолюбителю». А некоторые производтели, действительно, даже не считают нужныи их указывать: дескать, бренд говорит сам за себя. Думаю, что этот усилитель можно смело признать непревзойдённым шедевром искусства схемотехники!

  2. Согласен с Вами в том что усилитель ВВ Н. Сухова действительно получился очень удачным, но он не икона звука, и не только цифрами в ТТХ определяется музыкальность, певучесть усилителя. Согласен что на рынке много ширпотреба, но есть и достойные аппараты.

  3. Качество аппарата отределяется ТОЛЬКО цифрами ТТХ. У усилителя не должно быть никаких «певучестей» и «музыкальностей». Этот аппарат вообще не должно быть слышно в тракте. Должно быть слышно только то, что присутствует в фонограмме, и ничего лишнего. Если усилитель придаёт хоть какую то окраску звуку (не важно какую, не важно нравится или нет), то этот аппарат следует поменять на другой. Нет «тёплого», «живого»,»эмоционального» и прочих звуков. Эти эпитеты применимы только к ФОНОГРАММЕ, к исполнительскому мастерству,а не к электронному аппарату. Это всё имеет место быть, если мы говорим о по настоящему Высокой Верности воспроизведения. Всё остальное — лукавство, маркетинг и личные пристрастия к огонькам катодов, нулям в ценниках и искоркам на шильдиках брендов.

    • Совершенно верно. Весь ваш комментарий — очень правильный подход к этому вопросу.

  4. Но вместе с тем, любой усилитель, так же как и акустика, провода и другие компоненты системы, имеют свой характер. И именно грамотное их сочетание позволяет получить максимально ровную систему.

  5. Возможно ли установить в выходном каскаде транзисторы с одним типом проводимости кт808?

    • Нет.

    • Да, возможно. В оригинальной версии Миши Видерхольда 1977 года именно так. Смотрите 14й номер Radio Fernsehen Elektronik за 1997й год или Радио номер 4 за 1978й. Оригинальный усилитель лучше — там нет ненужных колокольчиков. А упомянутая Суховым «кабелечистка» давно всеми любителями аудио делается на порядок проще — это всем известный ИТУН с одним долеомным резистором, с которого обратная связь берется.

      • Опечатка по первоисточнику: Radio Fernsehen Elektronik No. 14, 1977. Статья называется 25W Hi-Fi Verstaerker. Схема на допотопной элементной базе звучит как настоящий хай фай, прозрачный чистый звук, кисточкой высокие рисует и чего там еще написали в отзывах. Причина отчасти в низких интермодуляционных искажениях, а отчасти в приятных слуху мелких гармониках от асимметрии схемы. Обидно, автор усилителя геноссе Видерхольд даже не в курсе, как Николай Сухов стырил его схему, добавил туда свои три копейки, переименовал в УМЗЧ ВВ и прославил через журнал Радио по всему СССР.

  6. Михаель Видерхольд из ГДР, у которого Сухов содрал схему и переименовал в УМЗЧ ВВ, применил в версии 1977 года допотопный операционник со скоростью нарастания 0.2В/мкс и на квазикомплементарном выхлопе получил коэффициент гармоник менее 0.1%. Вопрос к Николаю Сухову: зачем Вы во входном каскаде поставили настолько быстродействующий операционный усилитель? Ведь сами признали, что максимальные пики напряжения на его выходе менее 300мВ. Из-за этого операционника интернет бурлит такими выдумками аудиофилов и продавцов OPA604 и AD825, шо ржунимагу.

    • Да, возможно 25W Hi-Fi Verstaerker был первоисточником, но усилители очень разные, что по схеме что по комплектующим что по мощности. Мне например 25ват крайне мало, под современные АС нужно не меньше сотни на 4 Ом. Согласен, схема компенсации проводов не нужна при наличии нормального кабеля а не ПВС с рынка. Насчет ИТУНа крайне несогласен, очень капризное и не универсальное решение, только под ровную чувствительную акустику, например широкополосники, в целом от него больше вреда чем пользы. Операционный усилитель должен обладать достаточным быстродействием чтобы успевать обрабатывать ошибки усилителя получаемые по обратной связи, так же от него требуется хорошая перегрузочная способность с минимальным временем выхода из перегрузки.

      • Мощность УМЗЧ Видерхольда определяется только примененными транзисторами. Его фишка — это четырехтранзисторный усилитель напряжения, где следящая пара ОК-ОБ включена на встречные источники тока. Именно эта фишка обеспечивает качество звучания. Вопрос про операционник я задал именно потому, что благодаря Видерхольдовому усилителю напряжения его тип в данном случае не принципиален (сравнивал 140УД6 с золотистыми К574УД1, разница копеечная и только по приборам, а не на японских колонках). Выходной каскад можно сделать любым и любой мощности. Симметричный повторитель вместо квази на выходе не прибавляет Сухову авторства. Я собрал по Видерхольду еще в 86м году и тоже хотел поставить симметричный пуш-пулл, но КТ818ГМ/КТ819ГМ сильно отличались по h21э, поэтому оставил квази, выкинув эмиттерные резисторы выходных и добавив диод Баксандала в раскачку. Все защиты из усилителя выкинул и поставил по питанию (не просто предохранители), вечерами 50-ваттной мощности проверено. Насчет капризности ИТУН на НЧ Вы абсолютно правы, поэтому и придумали ЭМОС. Но суховская кабелечистка — это и есть ИТУН, только с усилителем токовой обратной связи на ОУ.

Оставить комментарий

Вы можете использовать следующие теги HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

(обязательно)

(обязательно)

What is 2 + 15 ?
Please leave these two fields as-is:
IMPORTANT! To be able to proceed, you need to solve the following simple math (so we know that you are a human) :-)
© 2011 hifisound.com.ua При использовании материалов с данного сайта, обязательна ссылка на сайт HI-FI sound и первоисточник Поддержка предоставлена компанией www.hifiaudio.com.ua