Форум сайта karpovo.0o.ru
Образ жизни (aka lifestyle :-) => Электроника, компьютеры, гаджеты, связь => Тема начата: vstep от 13 Апреля 2017, 15:02:45
-
Для тех, кто любит музыку, инженерное искусство и ценит хороший звук - сегодня "на закуску" усилители класса "D" -
---
Легендарные усилители: «холод» ламп без трансформатора, DIY-компиляции, десятилетия мучений с классом «Д»
О легендарных усилителях прошлого и настоящего. На этот раз мы опишем непростую судьбу УМЗЧ класса D, оригинальные разработки в области ламповой схемотехники, не обойдём стороной и DIY-наборы для тех чьи руки выросли из туловища.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/4ad/4adfa4e98abb619f57588356200efb90.jpg)
Futterman H3 OTL – нужно просто выбросить выходной трансформатор
Начнём по традиции с самой «тёплой» в ламповом отношении эпохи, с 50-х в США, где в губернском городе Нью-Йорке, изобретатель Юлиус Футтерман (Julius Futterman) разработал один из наиболее оригинальных ламповых усилителей своего времени. В 1954-м на свет появился ламповый УМЗЧ Futterman H3 OTL, особенностью которого стало отсутствие выходного трансформатора.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/28e/28ea146532aa030b5900f4855c214771.gif)
В оригинальной схемотехнике усилителя Футтермана катодный резистор фазоинвертора соединялся не с землей, а с выходом усилителя. 100%-ная ООС катодного повторителя Futterman H3 OTL компенсировалась 100%-ной ПОС через катодный резистор фазоинвертора. Интересно, что уникальную для того времени (и высоко оцененную потомками) схему разработал не профессиональный инженер, а радиолюбитель-самоучка.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/f40/f401f41d53d6ce6e8671acb7ccad975a.JPG)
Причиной необходимости в оригинальном решении было то, что около 30-35 % себестоимости ламповых усилителей тех лет приходилась на выходной трансформатор. Что было крайне существенным фактором, учитывая, что первые усилители производились вручную.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/cab/cab26953eec0a9b9e0195007841baa2b.jpg)
Благодаря конструкторскому решению цена усилителя стала немногим выше стоимости наборов для самостоятельной сборки и составила около $ 180 – 200, что сегодня с учетом инфляции является эквивалентом $ 1600 — 1800. Помимо существенного удешевления продукта инновация избавила УМЗЧ от (так любимой некоторыми аудиофилами и гитаристами) характерной «тёплой» окраски звука.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/cb3/cb31eb2a7415b777baef503825d08511.jpg)
Следует отметить, что сравнительно небольшая стоимость усилителя соседствовала с почти уникальными для того времени характеристиками.
Судите сами:
Диапазон воспроизводимых частот: 7 Гц (!) до 55 кГц
RMS: 90 Вт
IMD: 0,1 % (1 Вт, 1 Ом)
Коэффициент гармоник: 0,1%
Выходное сопротивление: 0,6 Ом
Интересно, что идеальной акустической системой для работы с этим усилителем считались электростатические колонки Quad ESL 57, созданные в 1957 году.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/dac/dacc56109efb1c1c5104645ff432c048.jpg)
Футтерман запатентовал устройство, а лицензии продал нескольким американским компаниям в 1961-м году. Лицензионные усилители по схеме Футермана производились до начала 70-х годов и стоили значительно дороже оригинала. На протяжении 60-х и 70-х изобретатель совершенствовал схемотехнику ламповых усилителей.
В 1984 году, уже после смерти Футермана, компанией New York Audio Labs был выпущен, разработанный при его участии, один из самых дорогих усилителей своего времени (для электростатических акустических систем), стоявший $12 000 (около $26 000 сегодня с учетом инфляции). Среди сравнительно свежих разработок, использующих наследие Футтермана, можно выделить оригинальное устройство итальянца Андреа Циуффоли (схема приведена ниже).
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/731/7317cef3f59949bf958eac301360038c.jpg)
Heathkit amps — DIY для меломана и музыканта
Heathkit — одни из передовиков ламповых конструкторов для любителей канифольной дымки. Компания, основанная в 40-е, приобрела популярность в 60-е, на волне интереса к самостоятельной сборке устройств. Фактически все продукты компании стали культовыми в среде людей увлеченных DIY. В отличие от Dynaco, Heathkit создавали многоцелевые конструкторы, с различными наборами шасси и радиодеталей.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/115/1152d80880dad79c15af9f2d48205486.gif)
Комплекты и модели менялись достаточно часто, что также существенно рознит эти устройства с «макинтошем для бедных». Пик популярности наборов Heathkit приходится на середину 60-х, когда приобретение качественного усилителя предполагало затраты сравнимые со стоимостью среднего автомобиля.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/411/411f415e7327845c88e3362a861555a5.jpg)
Все деревянные детали (набор ручек, шасси и т.п.) входили в базовую комплектацию. Гитарные варианты heathkit иногда предполагали включение дополнительных бонусов: излучателей и деталей корпуса для создания комбо. Интересно, что для создания гитарных наборов компания активно применяла транзисторные схемы. Такой подход был не слишком популярен в 60-х (теплый ламповый тренд в гитарном усилении был силён), но позволял приобрести дешевое гитарное оборудование небогатым начинающим музыкантам.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/e82/e822b24be3bdba512c33be75d40dcc96.jpg)
В зависимости от назначения устройства, пользователь волен был выбрать тот или иной комплект. Например, были наборы для гитарного усиления, воспроизведения музыки, в том или ином наборе разнилась мощность УМЗЧ. Характеристики устройства приводить смысла не имеет, так как они разнятся в зависимости от конкретной модели, при этом подавляющее большинство авторов сходятся на том, что эти усилители вполне соответствовали HI-fi классу, а гитарные комбо Heathkit составляли конкуренцию аналогичным моделям Fender и VOX того периода.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/0a8/0a8255b9e926e67006f91ab2bcdbae66.jpg)
Класс D: КПД vs искажения
Легендарными в среде инженеров считаются усилители класса D, попытки создать которые начались ещё в 50-х. Сама идея УМЗЧ с импульсным управлением, выходными лампами приписывается 2-м авторам, нашему соотечественнику Дмитрию Васильевичу Агееву (1951 год) и Алеку Ривзу из Соединенного Королевства (1951 год). Однако, говорить о том, что инновационные концепции смелых инженеров мгновенно стали широко востребованными на рынке не приходится.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/d8a/d8a522b1e3d7f7ced82854ad05549da2.jpg)
Внезапно начавшаяся эра транзисторов для попыток создания годного УМЗЧ class D не привела к ожидаемым результатам. «Принцип неисчерпаемых возможностей КПД», заложенный советским инженером Агеевым и его британским коллегой, долгое время оказывался неприступным даже для специалистов таких компаний как SONY, PHILIPS, Marantz, Matsusita Electric. Вплоть до 80-х ничего прилично звучащего и коммерчески успешного в классе D создать не удавалось. Ситуация поменялась к середине 80-х, когда на рынке радиодеталей появились МДП-транзисторы.
Известно, что в режиме D импульс приобретает почти прямоугольную форму, так как транзистор либо заперт, либо открыт. А сопротивление открытого канала современных силовых МПД-транзисторов совсем небольшое (от единиц до десятков миллиОм). Благодаря этому, построенный на основании этих элементов усилитель класса D способен работать практически без потерь мощности. КПД таких усилителей класса D составляет около 90 — 95 %.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/5e7/5e70c57393ee7dacc1b23eab7010a0f7.jpg)
Не смотря на ограниченную популярность, усилители D-класса того времени тоже нельзя назвать сверхмассовым продуктом. Для потребителя концепция класса D успела утратить привлекательность к концу 80-х, главным образом в связи с неудачами их несовершенных предшественников.
Как повествует Википедия, основными проблемами усилителей класса D были и, в какой-то степени, остаются:
…но не позволяет добиться высокого качества воспроизведения звука, даже если охватить её обратной связью. Нелинейные искажения класса D имеют несколько причин: нелинейность генератора сигнала треугольной формы, нелинейность катушек индуктивности выходного фильтра, нелинейность из-за мёртвого времени между включениями верхнего и нижнего плеча усилителя…
Пожалуй, самым заметным представителем класса D стал один из первых цифровых усилителей, дотягивающих до показателей HI-FI — Tripath TA2020, серийное производство которого было запущено в 1999 году. Дело в том, что, в связи с неизбежной необходимостью в устранении искажений, принцип аналоговой модуляции оказался малопривлекательным.
В ранних проектах усилителей класса D низкочастотные помехи свободно проходили с питающих шин на выход, что вынуждало использовать нелинейную модуляцию и дельта-сигма модуляцию для их устранения. Последнее приводило к неизбежному росту частоты переключения и снижению КПД. Логичным выходом стало применение цифровых схем, уменьшавших частоту переключения.
Некоторые инженеры ставят под сомнение заявленные характеристики Tripath TA2020 и их соответствие стандартам HI-FI. Предлагаю читателям самим оценить показатели качества на примере 20-ти ваттного усилителя для авто, созданного на базе TA2020:
RMS: 2 х 20 Вт 4ohm, 2x12 Вт 8ohm
Соотношение сигнал-шум (SNR): 98дб
Динамический диапазон: 98дб
IMD: 0.1% 1 Вт, 4ohm
THD: 0.03% 9 Вт, 4ohm, 0.1% — 10 Вт ом, 0.1% — 6 Вт 8ohm, 10% — 23 Вт ом, 10% 13 — Вт 8ohm
Энергоэффективность: 81% 20 Вт, ом, 88% 12 Вт, 8ohm
Чувствительность входа: 200mV
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/c57/c57d950b1c089fe6e3d10d310187fe51.JPG)
И всё это счастье при цене от $20 до 60.
Микросхема, на основе которой создан усилитель, была внесена в список «25 микросхем, которые потрясли мир» по версии журнала IEEE Spectrum.
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/e3f/e3f7cd50d325e32d61956519065d47ac.jpg)
Компания Tripath, выпустившая инновационный усилитель, с целью привлечения внимания к продукту придумала даже новый класс, объявив свое устройство усилителем класса T (хотя принцип работы девайса соответствовал классу D).
(http://www.pult.ru/upload/medialibrary/c28/c2840a91cfb3ae9cdce2ebe506ce2850.jpg)
Несмотря на маркетинговые усилия,«креативы» с классификацией, Tripath не выдержали конкуренции с более мощными игроками и исчезли с рынка в 2007-м году. Бесславный и тихий конец этой компании никак не умаляет заслуг разработчиков, которые создали, вероятно, единственный действительно легендарный усилитель класса D.
Продолжение следует...
---
Источник (http://www.pult.ru/articles/stereousiliteli/legendarnye-usiliteli-kholod-lamp-bez-transformatora-diy-kompilyatsii-desyatiletiya-mucheniy-s-klass/?utm_source=Subscribeinfo&utm_medium=email)
Тем, кто интересуется темой качественного звукоусиления ещё рекомендую вот эту статью: Сеанс тёплой ламповой «магии» с разоблачением. (http://www.pult.ru/articles/stereousiliteli/seans-tyeploy-lampovoy-magii-s-razoblacheniem/?utm_source=Subscribeinfo&utm_medium=email)