Твердотільний підсилювач потужності Частина 1
Багато з нас протягом багатьох років стикалися з підсилювачами, переважно з поважних джерел і за досить високими цінами, що викликало у нас бажання їх мати. Найчастіше нашу увагу привернули два аспекти - бас і високі частоти.
Якось, мабуть, завдяки нашому нелінійному слуху, який є найкращим у середньому діапазоні, і, мабуть, тому, що ми сприймаємо середній діапазон як належне ("Ну, якщо він не робить середнього, що він робить?"), Ми приділяйте цьому найменше уваги. Але є й інші причини - хороший бас отримати непросто, і більшість дизайнерів клапанів працює багато ночей, а хороші високі частоти є слизькою стороною твердотільних підсилювачів приблизно стільки, скільки вони існують.
На практиці можна отримати обидва, з певною обережністю та трохи прикладних знань, оскільки багато дизайнерів внесли свій внесок у наш пул знань, іноді менше, а іноді більш успішно.
Однак отримання кращих басових ліній ніколи не є самою справою - просто неможливо вдосконалити лише бас, оскільки будь-яке вдосконалення басів обов'язково призведе до поліпшень і в інших місцях, можливо, в меншій мірі, але все одно, як ми побачити.
Проте високі частоти - це зовсім інша справа. Щоб бути гарним, для цього потрібно прийняти багато рішень на ранніх стадіях розробки підсилювача, багато з яких неможливо змінити пізніше або, можливо, можуть, але після тривалої напруженої роботи, часто не варта часу та клопоту.
Однак занадто мало людей усвідомлює, що для отримання гарних високих частот з твердотільного підсилювача потужність або запускається, або закінчується з джерелом живлення, точно так само, як і для басів. Цю роботу потрібно виконати, однак ми розглядаємо її.
Регульовано чи ні?
Іноді мається на увазі, що повністю електронно регульовані підсилювачі потужності дадуть кращі результати, ніж класичні, згладжені конденсатором. Це може бути так, але на цьому шляху існує багато перешкод, щоб це справді було так.
Для початку регульоване джерело живлення можна візуалізувати як насправді інший підсилювач потужності з однаковими або кращими показниками потужності, ніж той, що регулюється. Потім він повинен бути швидким, дуже швидким, щоб він міг реагувати на раптові піки, яких вимагає музика - це робить його все ще дорожчим для проектування та виготовлення. Очевидно, що в підсилювачі буде потрібно набагато більше місця для розміщення додаткової електроніки, яка вимагає настільки ж тепловіддачі, як і основна аудіоелектроніка - отже, важча, громіздкіша, набагато дорожча.
Крім того, повністю регульовані джерела живлення є "жорсткими" - це означає, що вони працюватимуть до рівня і не більше, періоду. Вони могли б полегшити подвоєння потужності вдвічі менше, але вони не дозволять динамічних сплесків потужності набагато вище номінального значення.
Їх можна змусити це дозволити, але це зробить їх все ще дорожчими та масовішими.
На сьогоднішній день я чув лише один продукт із повністю регульованими джерелами живлення, який звучав правильно (і то деякі!), І це Левінсон. Всі інші тієї ж породи звучали дуже чітко, але якось замкнуто, занадто контрольовано на мій смак. А ціни та розміри були, ну, щедрими.
Коротко це відбувається - з регуляторами ми хочемо настільки зменшити напругу, щоб утримувати наші транзистори регулятора в межах їх безпечної робочої зони (SOAR), але вище абсолютної необхідності.
Якщо ми маємо вихідну потужність 50 Вт/8 Ом, для цього потрібна пікова напруга 28,3 В, тому ми, швидше за все, будемо регулювати на рівні 32 В. Однак у випадку нерегульованих джерел живлення наші лінії становитимуть 34 В при піковій потужності, зростаючи до 36-38 В від навантаження. Працюючи в зворотному напрямку, наш регульований підсилювач почне затискатися при 32 В, мінус падіння напруги на транзисторах підсилювача (скажімо, 1,3 В для драйвера та вихідного каскаду), що становить 30,7 В або 59,2 Вт/8 Ом. У разі нерегульованих джерел живлення, при гарному розмірі, наша напруга опуститься лише на 1-2 В нижче напруги від навантаження, оскільки конденсатори подаватимуть короткочасне живлення, що дозволить нам отримати (38-2-1,3) 34,7 В або 75,7 Вт/8 Ом.
Коли навантаження зменшується вдвічі, тобто коли воно становить 4 Ом, регульоване джерело живлення дозволить подвоїти потужність (за умови, що воно розроблено для цього), але з тими ж обмеженнями, що і вище.
Як правило, він почне обмежувати доступний струм при навантаженні нижче 4 Ом, тоді як згладжений конденсатор також буде робити це, але в значно меншій мірі, принаймні в піках.
Очевидно, що повністю регульовані джерела живлення не є практичними в типових підсилювачах потужності, що працюють в класі AB.
Чистий клас А - це зовсім інша історія, оскільки він тягне постійні струми, тому електронне регулювання має набагато простішу роботу. Однак поки що не викидайте - нам потрібне повне регулювання в підсилювачі потужності.
Ділянка напруги підсилювача потужності працює в чистому класі А, отже, тягне постійні струми; оскільки він підсилює напруги, його поточні вимоги є як фіксованими, так і низькими. З іншого боку, каскади посилення напруги не повинні мати уявлення про те, яке навантаження ведеться, і вони вводять перепади напруги на кожному ступені, тим самим змушуючи нас збільшувати лінії електроживлення, щоб реалізувати весь потенціал підсилювача.
Отже, ми могли - і, я вважаю, повинні, завжди! - використовувати повне регулювання ліній живлення до наших підсилювачів напруги.
Переваг багато. По-перше, додаткова фільтрація застосовується там, де вона дасть найбільшу користь, покращуючи таким чином співвідношення сигнал/шум.
По-друге, каскади посилення напруги точно і повністю відключені від будь-якого впливу на споживання струму та динамічні режими власне вихідного каскаду.
По-третє, ми можемо легко і безпечно збільшити напруги на лінії живлення до підсилювача напруги, щоб компенсувати властиві перепади напруги, що дозволяє нам повною мірою використовувати можливості вихідного каскаду. І по-четверте, ми можемо ефективно знизити напругу вихідного каскаду дещо більше, ніж було б, якби не застосовувалось жодне регулювання. Це, в свою чергу, дозволяє нам тримати транзистори більше в межах їх SOAR і витягувати з них більші струми, оскільки напруги нижчі. Все це без будь-яких втрат, а насправді, з великою вигодою.