В последнее время возник настоящий бум по поводу возрождения ламповой усилительной техники. Статьи многих радиотехнических журналов пестрят такими заголовками, как "Когда лампа лучше, чем транзистор?", "Лампы..? Навсегда!", "Ламповый ренессанс в России" и т. п. Появилось даже направление "High End", ориентированное на обеспечение высококачественного звучания и отдающее предпочтение ламповым усилителям. Например, на проходившей в мае прошлого года в Москве выставке "Российский High End-96" были представлены исключительно ламповые усилители. На страницах журнала "Радио" в разное время были опубликованы десятки описаний как ламповых, так и транзисторных усилителей. Хорошо известны их преимущества и недостатки.
Скорее всего, истина находится где-то посередине. На наш взгляд, на современном уровне развития усилительной техники оба направления имеют право на существование, поэтому мы решили дать возможность высказать свое мнение и тем, кто не обольщается возможностями ламповой техники , и тем, кто думает, что за ней большое будущее.
Сегодня слово предоставляется бывшему сотруднику НИКОИ, долгое время профессионально занимавшемуся разработкой транзисторных усилителей звуковой частоты О. Г. Храбану.
Вопрос, вынесенный в заголовок статьи, не новый: он возник сразу же после появления нового усилительного прибора, названного транзистором. Основные его преимущества перед лампами: малые габариты и масса, работа при небольших напряжениях питания, теоретически неограниченный срок службы, высокая экономичность, обусловленная отсутствием накальных цепей, большая механическая прочность и устойчивость к вибрациям. Впоследствии к достоинствам новых усилительных элементов добавилась их комплементарность, значительно расширяющая схемотехнические возможности транзисторных усилителей по сравнению с ламповыми.
Благодаря всем этим преимуществам транзисторы стали широко применяться в радиоэлектронных устройствах. В малогабаритной аппаратуре, особенно в радиоприемниках с батарейным питанием, они сразу же вытеснили электронные лампы.
Однако при использовании транзисторов в усилителях их преимущества оказались не столь очевидными. Во-первых, габариты усилителя в значительной мере определяются габаритами и массой источника питания, состоящего из сетевого трансформатора и конденсаторов фильтра, и здесь малые габариты мощных транзисторов не так существенны. Во-вторых, в отличие от электронных ламп, мощные транзисторы плохо переносят даже кратковременные перегрузки, причем их перегрузочная способность резко уменьшается при
увеличении температуры кристалла транзистора. Это обстоятельство требует обязательного применения теплоотводов, и в результате габариты транзистора вместе с теплоотводом могут превышать габариты соответствующих электронных ламп.
Но главное препятствие широкого применения транзисторов в мощных усилителях 34 было все-таки не в этом, а в том, что к моменту их появления ламповые усилители 34 уже обеспечивали такие высокие параметры, которые весьма трудно было получить с еще несовершенными транзисторами. Основными недостатками первых транзисторных усилительных каскадов были плохая АЧХ и малый коэффициент усиления.
Но шло время. Транзисторы становились все более совершенными, улучшалась схемотехника транзисторных усилителей, и, наконец, неступил такой момент, когда с помощью лампового усилителя уже нельзя было получить таких параметров, как с помощью транзисторного. Важную роль в этой метаморфозе сыграло применение глубокой ООС, которая, отслеживая изменение выходного сигнала, линеаризировала переходную характеристику транзистора.
Правда, обратная связь широко применялась и а ламповых усилителях. Она помогала симметрировать работу фазоинверсных и оконечных каскадов, корректировать АЧХ, регулировать выходные сопротивления усилителей, уменьшать искажения. Большой популярностью пользовался катодный повторитель
— усилительный каскад со стопроцентной ООС. атакже оконечный каскад, построенный по ультралинейной схеме, в котором напряжение ООС подавалось на экранирующие сетки выходных ламп, приближая характеристики пентода или лучевого тетрода к характеристикам.
В процессе конкуренции с производителями мощных ламповых усилителей разработчики транзисторной аппаратуры постоянно улучшали ее параметры, обращая особое внимание на снижение нелинейных искажений. В значительной мере это достигалось увеличением глубины ООС. В итоге величину коэффициента гармоник транзисторных усилителей удалось снизить до тысячных и даже десятитысячных долей процента, причем во всем усиливаемом диапазоне частот. Но, к сожалению, столь низкие значения коэффициента гармоник еще не гарантировали хорошего качества звучания.
При экспертных прослушиваниях, к удивлению разработчиков, вдруг обнаружилось, что различные транзисторные усилители с предельно малыми искажением, чем ламповые усилители с гораздо более скромными характеристиками. Одно из объяснений причин этого явления предложил финский ученый Отала. Он считал, что виной плохого звучания
стандартными методами измерений искажения, возникающие из-за неправильного применения глубокой ООС.
Дело в том, что при подаче на вход усилителя сигнала с большой высокочастотной составляющей из-за неправильной фазочастотной коррекции задерживается его появление на выходе и напряжение ООС не поступает вовремя на вход усилителя. В результате входные каскады резко перегружаются, что и приводит к появлению искажений. Отала назвал их динамическими интермодуляционными (TIM). Они подробно описаны в литературе.
После опубликования статей о новом виде искажений разработчики высококачественной аппаратуры начали предлагать методы их измерений. Стоял даже вопрос о нормировании их в международных стандартах. Оказалось, однако, что, во-первых, возможность появления TIM искажений может быть предсказана на основе анализа результатов измерения коэффициента гармоник во всем диапазоне усиливаемых частот при номинальной мощности (резкое его увеличение с ростом частоты говорит о наличии TIM искажений), а во-вторых, от таких искажений можно избавиться даже в усилителях с глубокой ООС. Для этого нужно построить усилитель, который бы без ООС отдавал в нагрузку полную мощность на высшей частоте усиливаемого диапазона, а перед его оконечным .каскадом включить низкочастотный фильтрг срезающий высокочастотные составляющие сигнала за пределами рабочего диапазона.
В литературе предлагался и еще один способ борьбы с TIM искажениями. Речь идет об усилителе с глубокой ООС, спад АЧХ каждого из каскадов которого начи-
напев за пределами рабочего диапазона частот. Однако, насколько известно автору, такой усилитель так и не был выпущен ни одной фирмой,
И все-таки в настоящее время, чтобы избавиться от TIM искажений, большинство производителей предпочитают строить усилители, е которых ООС либо отсутствует, либо имеет очень небольшую глубину, снижения же искажений добиваются применением в оконечном усилителе режима класса А.
TIM искажения возникают из-за перегрузки усилителя по частоте. Гораздо больше известны потребителю искажения, являющиеся следствием его амплитудной перегрузки. Тем не менее до сих пор не существует никакой методики оценки этих искажений, их нормирования и измерений. В значительной степени это обстоятельство объясняется тем, что практически каждый усилитель перегружается по-разному, к тому же характер перегрузки сильно зависит от типа нагрузки и ее параметров.
В усилителях мощности, работающих
на комплексную нагрузку, какой всегда является громкоговоритель, и имеющих довольно сложные цепи частотно-фазовой коррекции, перегрузка может приводить к появлению на прямоугольном импульсе усиливаемого сигнала пикообраэных выбросов как в начале, так и в конце импульса и закрыванию усилительного каскада на сравнительно большое время.
