С момента появления транзисторов в усилителях мощности звуковых частот (УМЗЧ), их преследует злой рок “транзисторное звучание”. По утверждению музыкантов, звук как бы с трудом “продирается” сквозь усилитель. Создается впечатление, что на пути сигнала стоит какое-то препятствие.
Из-за этого люди с тонким слухом предпочитают ламповые усилители. Было предложено много вариантов объяснения этого феномена, но ни один из них так до конца и не объяснил физическую суть явления.
Решение, по моему мнению, оказывается до удивления простым: надо лишь сравнить постоянные времени (τ вх) входных цепей транзистора и лампы. Стоит их сделать одинаковыми, и от “транзисторного звучания” не остается и следа. Рассмотрим постоянную времени лампового каскада (рис.1).
где: Ссв — емкость конденсатора связи, обычно берется в пределах 1 мкФ;
R1 —сопротивление резистора утечки, обычно не менее 1 МОм.
При работе лампы в усилительном каскаде на управляющей сетке скапливаются электроны, полностью запирая лампу. Поэтому в схему включается R1, снимающее этот заряд. Величина его больше 1 МОм, и в основном она определяет общее эквивалентное сопротивление лампового каскада, поскольку входное сопротивление самой лампы настолько большое, что не влияет на Rэкв.
У транзистора внутри нет вакуумного промежутка, кристалл обладает гораздо меньшим сопротивлением, да еще необходимы низкоомные цепи смещения. Все это в совокупности многократно уменьшает Rэкв. На рис.2 показан типичный транзисторный каскад.
В точке А эквивалентное сопоотивление определяется параллельным соединением R1, R2, Rвх vт
В зависимости от номиналов резисторов, типа транзистора, его коэффициента статического усиления Вст и способа включения, Rэкв в 100…1000 раз меньше, чем у лампы, и, как бы мы ни старались, всегда будет таким.
Для достижения т8Х лампы остается единственный путь соответствующим образом увеличить Ссв. Возникает вопрос, почему же разработчики усилителей, переходя к транзисторам, автоматически не увеличили Ссв? По-видимому, на это есть несколько причин:
- привычка к аналогиям;
- чем больше конденсатор, тем больше габариты усилителя, что нежелательно;
- проверка бытовой электроники производится с помощью синусоидальных сигналов, которые не позволяют обнаружить искажения, возникающие в сложных сигналах.
Достаточно пропустить через транзисторный каскад какой-нибудь сложный сигнал, например, типа ступенчатого “меандра”, и сразу же обнаруживаются сильные искажения. Иногда они настолько велики, что “меандр” вообще не проходит через каскад. Вместо него на выходе появляются “пички” напряжения. Этот вопрос более подробно рассмотрен в [1].
Как только все конденсаторы связи рассчитываются по формуле:
все “пички”, а вместе с ними и “транзисторное звучание”, бесследно исчезают. Аналогичное, может быть чуть получше, положение и в случае применения микросхем. Казалось бы, дифференциальные усилители, имея входное сопротивление 1 МОм и выше, лишены данного недостатка транзисторов.
Но, в силу необходимости, входы микросхем соединяются с навесными элементами — резисторами, емкостями, дросселями, из-за чего Rэкв начинает зависеть в основном от параметров этих элементов, сводя на нет большое входное сопротивление. Но формула (3) и тут полностью исправляет положение.
Спрашивается, какова будет погрешность, вносимая конденсатором Ссв, при его расчете по формуле (1)? Чтобы не загромождать статью, привожу формулу расчета погрешности без доказательств. Она дает максимальную погрешность, т.к. выведена для самого трудного сигнала — ступенчатого “меандра”.
Все другие типы сигналов будут иметь погрешность заведомо меньше максимальной.
где: ∆ — максимальная разница напряжений в течение одного периода (после Ссв);
Uо — максимальное входное напряжение, подаваемое на конденсатор связи;
е = 2,72 — основание натурального логарифма;
f — частота сигнала.
Например, при f = 20 Гц максимальная погрешность будет:
[info]AIRLINE – быстрорастущая компания, которая специализируется на работе в сфере производства высококачественные аксессуаров, предназначенных для грузовых и легковых автомобилей. Отличное качество предлагаемых аксессуаров сочетается с доступным уровнем цен, на примере автомобильных органайзеров http://www.airline.su/catalogue/Bagazhnye-sistemy/Organajzery-Avtomobilnye/ пользующихся большим спросом. [/info]
