Однотактный усилитель класса А JLH только с виду прост. Каждая деталь в нем тщательно подбирается
Однотактный усилитель класса А JLH только с виду прост. Каждая деталь в нем тщательно подбирается
Усилитель JLH в корпусе от высококлассного усилителя KRELL
Усилитель JLH в корпусе от высококлассного усилителя KRELL
Изящная и лаконичная внутренняя инженерия усилителя JLH
Изящная и лаконичная внутренняя инженерия усилителя JLH
На радиаторе каждого канала JLH стоят два выходных транзистора и транзистор стабилизатора
На радиаторе каждого канала JLH стоят два выходных транзистора и транзистор стабилизатора

Однотактный усилитель JLH класс А подробно

 

На Рис.1 представлена оригинальная схема усилителя в том виде, в каком она была опубликована в 1969 году:

Общее усиление этой схемы около 600 при разомкнутой цепи отрицательной обратной связи. Когда цепь обратной связи замкнута, усиление определяется отношением сопротивления резисторов (R3 + R4) / R4. Для указанных в схеме номиналов общее усиление около 13, а отрицательная обратная связь имеет глубину около 34 дБ. При этом выходное сопротивление усилителя JLH составляет не более 0,16 Ом.

Полное сопротивление (импеданс) электролитического конденсатора С3 на звуковых частотах крайне мало, если сравнивать его с сопротивлением резистора R4, соответственно, его влиянием можно пренебречь. Для постоянного тока С3 имеет бесконечное сопротивление и благодаря этому через резистор R3 обеспечивается 100% отрицательная обратная связь, жестко стабилизирующая режимы работы транзисторов выходного каскада.

Резисторы R1, R2 совместно с конденсатором C1 образуют источник стабильного тока. Ток покоя выходного каскада, работающего в классе А, изменяется подбором соотношения резисторов R1 и R2. Усилитель чувствителен к изменению сопротивления нагрузки и для получения от него максимальной выходной мощности и минимума искажений для колонок сопротивлением 4, 8 или 16 ом номиналы резисторов R1 и R2 и конденсатора С1 должны быть различными.

Резисторы R6 и R5 задают рабочую точку (смещение) первого каскада. Изменением номинала резистора R5 нужно добиться установлению на выходе (точке Х) усилителя JLH половины напряжения источника питания. При выходном постоянном напряжении равном половине напряжения питания усилитель отдает максимальную мощность с минимальными искажениями.

Топология усилителя JLH очень лаконична и изящна: Первый каскад с общим эмиттером, за ним идет фазоинверсный каскад и потом двухтактный выходной каскад работающий в классе А.

 

Сопротивление нагрузки и номиналы элементов

 

Перевод оригинального текста Джона Линсли Худа:

(…Кремниевые транзисторы NPN, сделанные по планарной технологии прекрасно работают на высоких частотах, что способствует устойчивой работе усилителя на реактивную нагрузку, которой является акустическая система. (это пишет Джон Линсли Худ в 1969 году про недавно освоенные промышленностью биполярные транзисторы с граничной частотой 4 МГц). Мне не удалось найти комбинацию значения емкости и индуктивности для нагрузки, которые бы привели к возбуждению усилителя. В своих экспериментах я заметил, что нагрузка со значительной индуктивностью может привести к неустойчивости усилителя. Для устранения возможного самовозбуждения усилителя достаточно зашунтировать резистор R3 конденсатором небольшой ёмкости. При этом полоса рабочих частот несколько ограничивается выше 25 кГц…)

Усилитель без проблем работает с нагрузкой сопротивлением от 3 до 16 Ом. Для получения максимальной выходной мощности и минимума искажений номиналы нескольких резисторов и конденсаторов следует изменить. Оптимальные номиналы резисторов и конденсаторов для разных сопротивлений нагрузки указаны в Табл.1:

В таблице указана зависимость необходимого напряжения питания, тока покоя, входного переменного напряжения и номиналов отдельных элементов от сопротивления нагрузки. При напряжении питания свыше 30 Вольт транзистор Tr 3 типа 2n697 нужно заменить на транзистор типа 2n1613, а входные транзисторы Tr1 и Tr2 типа mj480 на тип mj481.

Чтобы усилитель не перегревался, выходные транзисторы должны быть установлены на радиаторы с площадью поверхности не менее 1500 кв.см. на выходной транзистор. Каждый выходной транзистор в постоянном режиме рассеивает мощность от 17 до 25 Ватт. Это плата за простоту схемы, режим работы выходного каскада в классе А и высокое качество звучания.

Усилитель JLH имеет небольшое входное сопротивление и для его согласования с предыдущими устройствами и получения минимальных искажений выходное сопротивление предварительного усилителя или CD плейера должно быть низким, и не превышать нескольких кОм.

 

Подбор транзисторов

 

Джон Линсли Худ провел множество экспериментов, чтобы выяснить, как зависят искажения и выходная мощность усилителя от характеристик транзисторов. Автор выяснил прямую зависимость величины искажений от идентичности коэффициентов усиления пары выходных транзисторов. При этом, чем точнее были подобраны транзисторы по коэффициенту усиления и обратному току коллектора в выходном каскаде, тем меньше были нелинейные искажения усилителя. Искажения довольно сильно зависели и от абсолютного значения статического коэффициента передачи тока транзисторов. Чем больше был h21э, тем меньше были искажения.

Минимальные искажения и максимальное качество звучания были достигнуты применением в выходном каскаде тщательно подобранной пары выходных транзисторов с коэффициентом усиления по току не менее 100. В фазоинверсном и первом каскадах усилителя так же потребовался жесткий отбор транзисторов по максимальному значению статического коэффициента усиления.

При этом марка транзисторов и фирма производитель на конечные параметры усилителя влияла намного меньше, чем идентичность характеристик и высокий статический коэффициент усиления.

Замена входного транзистора 2N4058 компании Texas Instruments на 2N3906 от Motorola ни на характеристики, ни на звучание существенного влияния не оказала. Чего нельзя сказать о их статическом коэффициенте усиления. Так со значением этого параметра во входном каскаде = 150 искажения усилителя были на 30 % больше, чем с транзистором, имевшим h21э = 250.

Максимальное влияние на уровень искажений усилителя JLH оказывают транзисторы выходного каскада. В таблицу сведены результаты экспериментов Джона Линсли Худа для транзисторов с разными коэффициентами усиления (h21э) Табл.2:

Согласно таблице, общие нелинейные искажения усилителя JLH минимальны, когда коэффициенты усиления базового тока (h21э) транзисторов в выходном каскаде максимальны по абсолютному значению и равны между собой. Если возможность точно подобрать транзисторы отсутствует, то транзистор с наибольшим коэффициентом усиления нужно использовать в нижнем плече в качестве Tr1. Наименьшие искажения были получены при подборе транзисторов с идентичными коэффициентами усиления не в статическом режиме, а при токе коллектора близким к току покоя.

Измерения показали, что при мощности усилителя, близкой к максимальной в спектре искажений доминирует вторая гармоника, а сам спектр искажений довольно быстро спадает с частотой. На экране осциллографа наблюдалась картина весьма похожая на таковую у ламповых усилителей, работающих в классе А.

 

Характеристики и звучание

 

Автор тщательнейшим образом измерил основные характеристики усилителя:

Амплитудно-частотная характеристика усилителя оказалась абсолютно линейной в диапазоне частот от 50 Гц до 90 кГц Рис.2:

Выходная мощность от частоты практически не зависела Рис.3:

Коэффициент гармоник на самых нижних частотах плавно увеличивался из-за влияния конденсатора С3. Зависимость коэффициента гармоник от частоты представлена на Рис.4:

 

Зависимость искажений от выходной мощности усилителя на частоте 1кГц Рис.5:

Полученные Джоном Ли Худом характеристики усилителя были далеки от установившихся в то время стереотипов с их многими нулями после запятой. Но они очень походили на характеристики ламповых усилителей и вселяли уверенность в правильности конструкторского подхода.

Для сравнения качества звучания этого усилителя класса А с другими аппаратами был устроен сравнительный тест. В качестве эталонного Джон Линсли Худ применил собственноручно построенный ламповый усилитель по схеме "Williamson". Для сборки лампового усилителя были применены наиболее качественные (из имевшихся на то время) компоненты: трансформаторы, лампы, пассивные элементы. Ламповый усилитель был тщательно настроен и перед тестами прогревался больше недели.

Контрольная группа слушателей, среди которых присутствовали звукорежиссеры и музыканты в «слепом» тестировании этих двух усилителей не смогла выявить явного лидера. Тогда автором был устроен тест шести различных усилителей: промышленных и авторских, ламповых и транзисторных, работавших в классах А и в АВ. Так же в тесте присутствовали оба усилителя Джона Линсли Худа: ламповый "Williamson" и новый транзисторный JLH.

При быстром переключении между разными усилителями (когда не приходилось физически пере присоединять акустические системы и источник сигнала к разным аппаратам) удалось выявить некоторые нюансы в их звучании. При общей схожести звучания транзисторного JLH и лампового "Williamson" у транзисторного JLH самые верхние частоты оказались лучше проработанными, а бас был намного «плотнее».

Звучание усилителей класса А и АВ различались намного сильнее. У транзисторного JLH явно отсутствовала "жёсткость" на верхних частотах, особо заметная в звучании струнных музыкальных инструментов. В целом звук усилителя JLH был открытым и лёгким. Стоит заметить, что у хорошего усилителя класса АВ недостатки проявляются только при прямом сравнении «лоб в лоб» с усилителями, работающими в классе А.

 

P.S. Транзисторный усилитель класса А JLH по КПД, массе, размерам и выделению тепла явно проигрывал усилителям класса АВ, но разница в их звучании того стоит!

 

Ссылки по теме

 

 

Опубликовано:
aovox
Усилитель JLH часть 2 - оригинальная версия JLH-1969
Усилитель JLH часть 2 - оригинальная версия JLH-1969

Создано:

Автор

Разработка сайта webtraktor