producent sprzętu audio najwyższej klasy



AMPLIFIKATOR - dlaczego właśnie tak.
Na klubowe imprezy w III LO udawało się nam czasem pożyczyć lampowy wzmacniacz i głośniki z ekskluzywnego , dwuczęściowego zestawu DSL 201 , innym razem ktoś przyprowadził starszego kolegę z „Fonomasterem" o niewyobrażalnie wtedy wielkiej mocy 2x15W. [ Zabawne , do dziś pamiętam , że właściciel usunął poza drewnianą obudowę cały zespół zasilacza , aby zmniejszyć poziom przydźwięku ! ] A w domach , szczególnie w pokojach rodziców widywało się jeszcze gramofony ( nazywane oczywiście adapterami ) „Bambino" - ECL 82 + stos selenowy + GD 18x13/2 , i to wszystko w gustownej , sklejkowej skrzynce obciągniętej dermą. A obok odbiorniki typu „Goplana" , „Turandot" , „Boston" , czy nawet jeszcze „Bolero" - szczęśliwie z zakresem UKF - bo przynajmniej można wtedy podłączyć wymarzony , wyproszony , w końcu kupiony przez rodziców na raty magnetofon ZK 120 ( szkoda , że już nie było ich stać na czterościeżkowy... ) i nagrać coś dobrego z „Trójki".

Czasami udawało się zobaczyć na stoisku w PDT i przez chwilę popodziwiać z rozdziawionymi ustami szczytowe osiągnięcia krajowego przemysłu , spełniające podobno wymagania normy DIN na stereofoniczny sprzęt hi - fi : zestaw „Meluzyna" , magnetofon ZK 246 , gramofon G 601. Ach , jakby to grało... Ale przecież tata przez rok nie zarobiłby na taki zestaw! Pozostawało pójść do pobliskiej księgarni ( po drodze PEWEX , ale chyba lepiej nie wchodzić , i kiosk RUCHu - o , jest nowy numer „Młodego technika" a w nim schemat lampowego wzmacniacza 3W wg. PHILIPSa - prawie hi - fi !) i rozejrzeć się po regałach działu technicznego za jakąś fajną książką z wielką ilością schematów wzmacniaczy , może będzie coś o zespołach głośnikowych - już wtedy , o zgrozo , prawie przez wszystkich nazywanych kolumnami. A potem może uda się zdobyć jakieś podzespoły do opisywanego układu , może uda się jakoś to zmontować i uruchomić ( oczywiście przy pomocy pożyczonego miernika uniwersalnego ) nie niszcząc bezcennej pary TG 70 - na następną mama nie da już pieniędzy... Ale niech tam , przecież jesteśmy młodzi i wszystko jeszcze przed nami.

A potem matura i wybór życiowej drogi. Już wtedy byłem zdecydowany na studiowanie nauk technicznych. Zainteresowanie elektroniką było pochodną zamiłowania do muzyki. Marzyłem o studiowaniu elektrofonii. Opamiętanie przyszło na drugim roku. W tamtych czasach realizowano tygodniowo kilka , może kilkanaście godzin audycji w lokalnej rozgłośni radiowej i oddziale TVP. Trudno byłoby dopchać się do stołu realizatora. A radiokomunikacja też ciekawa i na dodatek można ją uprawiać praktycznie.

I tak już od ponad dwudziestu lat zajmuję się profesjonalnie konstruowaniem radiotelefonów , radiostacji i ich elementów : odbiorników , nadajników , syntezerów. A była to i jest w dalszym ciągu dobra szkoła sztuki inżynierskiej. Modulacje i intermodulacje , konwersje modulacji chciane i niepożądane , praca z elementami aktywnymi w klasie A, B, C, a nawet D, współpraca czułych obwodów odbiorników z wielkosygnałowymi obwodami nadajników , współpraca układów analogowych z cyfrowymi. Raz walka o linearyzację układów nieliniowych by innym razem korzystać w określonym celu z nieliniowych właściwości elementów elektronicznych.
Ale w prywatnym , sukcesywnie rozbudowywanym laboratorium zawsze dominowało oprzyrządowanie elektroakustyczne. Tu obniżałem zniekształcenia fabrycznym , często demobilowym generatorom , przesuwałem progi pomiarowe i poprawiałem rozdzielczość mierników zniekształceń , konstruowałem mniej czy bardziej ( chyba raczej mniej , bo nigdy nie byłem do końca zadowolony ) udane wzmacniacze , modernizowałem różne fabryczne konstrukcje . Tu , przy okazji niejako , malała atencja , którą długo obdarzałem krajowe produkty z dużych i uznanych firm.

Na początku lat 90 - tych wydawało się , że można zaprzestać tej zabawy. Przecież oferta rynkowa będzie teraz nieograniczona ! Ale im bliżej można było się przyjrzeć tym wytęsknionym produktom techniki światowej tym więcej budziło się we mnie wątpliwości i zastrzeżeń. Jeżeli funkcjonalność i wykonanie bez zarzutu to dźwięk rozmyty i nienaturalny. Jeżeli dźwięk lepszy to cena nie do przyjęcia. I te od lat powielane koncepcje konstrukcyjne...

Jakby wszystko było wynikiem koncepcji - jak tu tanio zrobić , i dużo zarobić , ale żeby wyglądało poważnie i luksusowo. [ Nieodparcie nasuwa mi się w tej chwili skojarzenie z aktualnymi tendencjami w motoryzacji. Producenci i prasa branżowa przekonują , że szczytem elegancji i dowodem poważnego traktowania zamożniejszego klienta są plastikowe imitacje ( !!! ) aluminium lub drewna na desce rozdzielczej. Czy odeszliśmy daleko od „Bambino" ? ] Im więcej opisów , wyników pomiarów i fotografii w krajowych i zagranicznych periodykach tym więcej wątpliwości. Może tam nie zawsze robią to pasjonaci ale zwyczajni , zatrudnieni przez biznesmenów wyrobnicy ? Może jednak wzmacniacz , taki : „ dla siebie i mnie podobnych" muszę sobie zrobić sam ? Może trzeba te wieloletnie doświadczenia i przemyślenia uporządkować i wykorzystać ? Może ktoś w Polsce podzieli moje poglądy i ma podobną wrażliwość estetyczną ? I tak poprzez kilka premodeli , na których wypróbowywane i osłuchiwane były różne , ale już niezbyt odległe od finalnej , koncepcje , i model zamknięty w prawie docelowej obudowie , doszło do powstania prototypów - tych zaprezentowanych na Audio Show. Potem jeszcze trochę zmian i pierwsza seria , z której egzemplarze testowano w redakcjach krajowej prasy. Prace nie ustały , choć obaw było i jest nadal wiele. Bo czy mimo pozytywnych opinii audiofile , a również handlowcy , uwierzą w możliwości krajowego wyrobu ?
Wzmacniacz mocy - struktura a jakość.
Wydawałoby się , że ogólny przepis na dobry wzmacniacz jest znany i to już od dość dawna. Recepta pochodzi przecież jeszcze z czasów odkrywania i analizowania zniekształceń typu TIM. Minimalna liczba maksymalnie liniowych ( lub linearyzowanych ) stopni , niewielkie wypadkowe wzmocnienie i w związku z tym płytkie ogólne sprzężenie zwrotne , szerokie pasmo , ale nie to po zamknięciu pętli ale jeszcze przed .Do tego dobra - aperiodyczna odpowiedź impulsowa , nie tylko na obciążeniu rezystancyjnym ale i realnym. Wydaje się jednak , że ta recepta stosowana jest dość rzadko. A pozycja wzmacniacza mocy jest w torze akustycznym wyjątkowa , i nie do pozazdroszczenia. Tworzy on wraz z głośnikiem złożony zespół elektromechaniczny o bardzo skomplikowanych właściwościach , zespół często ( niestety ) traktowany całkowicie rozdzielnie. Wzmacniacz pracuje z dużymi prądami i napięciami , a wykonany być musi , z konieczności , z elementów o dość silnie zaznaczonych właściwościach nieliniowych. Dostarcza prądu do zespołu głośnikowego , którego cechy opisuje się równaniami różniczkowymi , a w praktyce określa się lakonicznie : impedancja znamionowa wynosi ...Ale liniowe i nieliniowe właściwości przetworników elektroakustycznych to temat na osobną rozprawę.

Wzmacniacz mocy AMPLIFIKATORa zawiera w swej strukturze jeden stopień o wzmocnieniu napięciowym ( co istotnie odróżnia go od rozpowszechnionych aktualnie rozwiązań wykorzystujących zwykle dwa , lub nawet trzy takie stopnie ) oraz zaledwie dwa stopnie o wzmocnieniu prądowym w postaci wtórników : źródłowego , pracującego w klasie A oraz przeciwsobnego emiterowego , pracującego w klasie AB.

Stopień wejściowy wzmacniacza mocy - jak już wspomniano - jedyny obdarzony wzmocnieniem napięciowym - to dwie komplementarne pary różnicowe z tranzystorami bipolarnymi sprzężone z komplementarnymi wzmacniaczami w konfiguracji wspólnej bazy pracującymi przeciwsobnie. Pary różnicowe zasilane są ze źródeł prądowych a transkonduktancja ich tranzystorów składowych jest silnie redukowana rezystorami emiterowymi o znacznej wartości. Lustra prądowe w kolektorach par różnicowych nie mają wpływu na wzmocnienie napięciowe , lecz służą efektywnemu , bo wykorzystującemu prądy obu tranzystorów pary różnicowej , sprzężeniu ze wspomnianymi wzmacniaczami o wspólnej bazie.

Tak skonfigurowany , w pełni symetryczny układ nazwałem , głównie zresztą dla potrzeb instrukcji obsługi , wzmacniaczem różnicowo - kaskodowym. Charakteryzuje się on bardzo małymi zniekształceniami nieliniowymi , szerokim pasmem oraz bardzo dobrą stabilnością. Obciążeniem wzmacniacza jest rezystor ( impedancję wejściową wtórnika źródłowego można w pierwszym przybliżeniu pominąć ) , co pozwala, przy udziale rezystorów emiterowych par różnicowych na pełną kontrolę wzmocnienia i szerokości pasma.

Wzmacniacz ten , obciążony wtórnikami wyjściowymi i przed zaaplikowaniem sprzężeń zwrotnych z wyjść tych wtórników , ale już po zastosowaniu kompensacji częstotliwościowej ( jednobiegunowej zresztą ) przenosi pełne pasmo akustyczne przy dużym marginesie stabilności.

Idea użycia we wzmacniaczu mocy jednego tylko stopnia napięciowego ( o ograniczonej własnościami szumowymi wydajności prądowej ) i generalnie zmniejszenia liczby elementów aktywnych w torze doprowadziła do użycia w stopniu pośrednim - między wzmacniaczem napięciowym a końcowym prądowym - układów o dużej impedancji wejściowej w postaci wtórników źródłowych z tranzystorami MOSFET. Typ tranzystorów został starannie dobrany pod kątem wnoszonych zniekształceń nieliniowych. Chodzi przede wszystkim o ograniczenie do minimum zmienności impedancji wejściowej w paśmie akustycznym związanej ze zmiennością pojemności złączowych w funkcji wysterowania tranzystora , a co za tym idzie o ograniczenie zniekształceń powstających na styku wzmacniacz napięciowy - wtórnik źródłowy. Dlatego też wtórnik źródłowy pracuje w klasie A , a więc bez wyłączania prądu. Źródłem prądu spoczynkowego wtórnika źródłowego ( oraz prądu wyjściowego dla ujemnej półfali sygnału wzmacnianego ) jest również n-kanałowy tranzystor MOSFET , który wraz z tranzystorem bipolarnym tworzy źródło prądowe. Ten tranzystor bipolarny jest umieszczony na radiatorze wraz z tranzystorami stopnia końcowego i stanowi podstawowy element układu temperaturowej stabilizacji ich prądu spoczynkowego.

Sprzężenie zwrotne z wyjścia wtórników źródłowych , o niewielkiej zresztą głębokości , bo poniżej 20 dB , pozwala na wykorzystanie nadmiaru wzmocnienia par różnicowo - kaskodowych do zmniejszenia zniekształceń wnoszonych przez MOSFETy.
Stopień końcowy - czy tranzystory i to bipolarne to dobry wybór ?
Spośród wszystkich rozpowszechnionych konfiguracji komplementarny wtórnik emiterowy lub źródłowy wydaje się być w sposób najbardziej naturalny predystynowany do roli stopnia końcowego wzmacniacza akustycznego. A to ze względu na występujące w nich wewnętrzne - lokalne sprzężenie zwrotne , właściwość transformacji impedancji , małą impedancję wyjściową , szerokie pasmo przenoszenia i stosunkowo małe zniekształcenia - ważne jest w tym przypadku sterowanie wtórnika ze źródła o małej impedancji wewnętrznej.

Użyte w stopniu końcowym AMPLIFIKATORA bipolarne tranzystory firmy TOSHIBA typu 2SC5200/2SA1943 charakteryzują się niewiarygodną wprost liniowością współczynnika wzmocnienia prądowego w funkcji prądu kolektora , dużą wartością tego współczynnika i dużą częstotliwością graniczną. Po przeprowadzonych licznych eksperymentach pozwalam sobie twierdzić , że są elementami wyższej klasy od osławionych ( a mam wrażenie , że w niektórych środowiskach wręcz kultowych ) tranzystorów 2SA1216/2SC2922 firmy SANKEN. Wzmacniacz wyposażony we wtórniki z tranzystorami SANKEN generował zniekształcenia harmoniczne na wyższym poziomie , szczególnie w zakresie wyższych częstotliwości akustycznych , co w odsłuchu jest odczuwalne jako czasami interesujące ale generalnie przecież nienaturalne „ożywienie" dźwięku.

Tranzystory typu MOSFET zostały na etapie wstępnych eksperymentów i po dogłębnej analizie odrzucone jako mało przydatne do stopnia końcowego wzmacniacza najwyższej klasy. Tranzystory mocy wykonane w tej technologii nie tylko nie mają liniowej charakterystyki przejściowej ID = f ( UGS ) , nie mają też przypisywanej im nieraz charakterystyki kwadratowej. Dokładniej nieco mówiąc - tranzystory typu lateralnego ( Hitachi , Magnatec , Exicon ) są nie do końca liniowe a tranzystory typu vertikalnego ( np. IRF ) nie do końca kwadratowe i to tylko , a dotyczy to obu przypadków , w pewnym zakresie prądów drenów. Dodatkowo te pierwsze mają znaczne rezystancje szeregowe obwodu drenu związane z małym nachyleniem charakterystyki przejściowej. Powoduje to trudności z uzyskaniem dużych mocy przy zachowaniu racjonalnych strat w układzie.

A kwadratowa charakterystyka przejściowa byłaby stosunkowo korzystna. Powodowałaby generowanie parzystych harmonicznych , samokompensujących się w układach przeciwsobnych oraz prowdziłaby do minimalnych zniekształceń intermodulacyjnych trzeciego rzędu. Ale niestety , jak wyżej wspomniano , charakterystyki ID = f ( UGS ) tylko w pewnych typach tranzystorów i tylko w pewnych zakresach prądów drenów przypominają funkcję kwadratową , a dodatkowo w tranzystorach tych występują relatywnie duże ( większe niż w tranzystorach bipolarnych o zbliżonych maksymalnych mocach i prądach ) pojemności złączowe , oczywiście nieliniowe , które musi przecież przeładowywać stopień sterujący. Komplementarność tranzystorów n i p - kanałowych pozostawia również wiele do życzenia. [ Dlatego , między innymi , w stopniu sterującym AMPLIFIKATORA użyto tranzystorów o jednakowym typie przewodnictwa w konfiguracji single - ended. ]

O ile lampy elektronowe oraz , przy pewnych założeniach upraszczających , tranzystory unipolarne , można w zakresie pasma akustycznego traktować jako elementy sterowane napięciowo , o tyle tranzystory bipolarne są z całą pewnością elementem sterowanym prądowo. W związku z tym za ich charakterystykę przejściową należy uważać funkcję IC = f ( IB ) = b jednocześnie nie zapominając o związku spadku napięcia na złączu B-E z prądem bazy. Rozważania o liniowości ( czy też nieliniowości ) mające za podstawę charakterystykę IC = f ( UBE ) odnoszoną do charakterystyk siatka - anoda lub bramka - dren wynikają z uzasadnionego historycznie nieporozumienia związanego z traktowaniem tranzystora bipolarnego , analogicznie do lampy elektronowej jako elementu prądowo - napięciowego ( sterowanego napięciem ) . [ Nieliniowa jest rzeczywiście impedancja wejściowa tranzystora bipolarnego . Ale eksponencjalność jego charakterystyki wejściowej występuje tylko dla małych prądów , od kilku do kilkudziesięciu miliamperów - w zależności od powierzchni złącza a więc mocy tranzystora. A więc jest praktycznie nieistotna przy pracy w klasie AB. Nie wdając się w głębsze analizy z zakresu teorii obwodów warto tylko wymienić dwa skrajne przypadki , dla których można praktycznie zaniedbać nieliniowość impedancji wejściowej tranzystora bipolarnego : sterowanie ze źródła o bardzo dużej impedancji wewnętrznej - sterowanie czysto prądowe oraz , w przypadku konfiguracji WK ( wtórnik emiterowy ) sterowanie czysto napięciowe czyli ze źródła o bardzo małej impedancji. ] Wiele szkód w świadomości elektroników , a przynajmniej mojego - „tranzystorowego" pokolenia uczyniły różne „małosygnałowe uproszczenia" ze schematem zastępczym typu hybryd - p na czele , nie mającym wiele wspólnego z fizycznymi zasadami działania tranzystora. Stąd , zamiast rzetelnych porównań wyników pomiarów zniekształceń harmonicznych i intermodulacyjnych wnoszonych przez stopnie końcowe wzmacniaczy wykonanych w różnych technologiach , pełno w literaturze , szczególnie popularnej , nieuzasadnionych twierdzeń o większej liniowości lamp elektronowych ( np. triod , które mają przecież nieliniową nie tylko charakterystykę przejściową ale również wyjściową ) czy tranzystorów unipolarnych niż współczesnych tranzystorów bipolarnych.

Nowoczesne bipolarne tranzystory mocy opracowane we wiodących firmach ( Toshiba , Sanken , Motorola ) pod kątem stosowania ich we wzmacniaczach akustycznych wysokiej jakości można , co do liniowości , porównywać z tzw. wideband transistors czyli tranzystorami bipolarnymi stosowanymi powszechnie na wejściach odbiorników komunikacyjnych , we wzmacniaczach telewizji kablowych itp. systemach gdzie liniowość elementu aktywnego , jego odporność na powstawanie zniekształceń harmonicznych i przede wszystkim intermodulacyjnych jest sprawą pierwszorzędną. Tam tranzystory bipolarne są już od dawna poza wszelką konkurencją.

A jak mają się powyższe wywody do subiektywnych wrażeń zwolenników lampowych wzmacniaczy czy też tzw. „lampowego brzmienia" ? Trudny , a przede wszystkim ryzykowny temat. Można się narazić. Ale spróbujmy.

Fenomen wzmacniaczy lampowych , szczególnie wzmacniaczy triodowych SE polega według mnie na tym , że są one „nieliniowe inaczej". Kształt charakterystyk IA = f ( UA ) przy US = parametr powoduje , że lampa generuje przede wszystkim drugą ale i trzecią harmoniczną na wysokim poziomie i efekt ten jest proporcjonalny do wysterowania i poziomu mocy wyjściowej. Zresztą przebieg tych charakterystyk jest powodem „odwiecznego" dylematu konstruktorów wzmacniaczy triodowch - albo moc albo ( małe ) zniekształcenia. „Miłe" dla ucha harmoniczne niskiego rzędu w sporym przedziale dynamiki maskują inne produkty nieliniowe tzn. zniekształcenia intermodulacyjne odpowiedzialne za nienaturalność brzmienia.

Lampy współpracujące z transformatorami na rdzeniach żelaznych o nieliniowej przecież charakterystyce magnesowania generują szczególnie dobrze zniekształcenia intermodulacyjne typu „statycznego" a produkty tych zniekształceń to tony kombinacyjne ( typu nf1 + mf2 ) , których nie było przecież w sygnale poddawanym wzmocnieniu.

Opisany powyżej mechanizm maskowania intermodulacji harmonicznymi może tłumaczyć tę szczególną atencję jaką otacza się w pewnych kręgach audiofilskich triodowe wzmacniacze w konfiguracji SE , których przecież obiektywnie mierzone parametry , szczególnie przy silniejszych wysterowaniach są z reguły dość marne , za to poziom drugiej harmonicznej wysoki - często rzędu kilku procent.

Pozwalam sobie nazywać tego typu wzmacniacze „upiększającymi modulatorami dźwięku" bo przecież trudno mówić o w pełni wiernym przez nie odtwarzaniu dźwięku. I proszę mi wierzyć , że bardzo szanuję lampy i mam dla nich dużo ciepłych uczuć , bo w czasach mojej wczesnej młodości prawie wszystko co grało , grało przecież dzięki nim. A piękny widok żarzących się lamp jest czymś niezapomnianym. Ale wyniki pomiarów to fakty i inżynier musi je brać pod uwagę. Zresztą czołowi amerykańscy konstruktorzy sprzętu hi - end już dość dawno przekonywali , że tak naprawdę to wzmacniacze trzeba dzielić na dobre i złe ( czy też łagodniej mówiąc przeciętne ) a nie na lampowe i tranzystorowe. A wzmacniacz lampowy o przyzwoitej mocy , którego obiektywne i subiektywne właściwości byłyby bez zarzutu będzie po prostu koszmarnie drogi i dla większości krajowych audifilów całkowicie nieosiągalny.

Pozostaje jeszcze , częściej omawiana w literaturze , kwestia wpływu znacznej z reguły impedancji wewnętrznej wzmacniaczy lampowych na charakterystyki częstotliwościowe zespołu wzmacniacz - głośnik i uwypuklania pewnych składowych pasma akustycznego co nie pozostaje bez wpływu na subiektywne , raczej pozytywne wrażenia słuchaczy.

Wracając do AMPLIFIKATORa - w stopniu końcowym pracują po dwa równolegle łączone tranzystory w każdej gałęzi układu przeciwsobnego.

Nie wynika to jedynie z chęci podwyższenia niezawodności i wydajności prądowej ale przede wszystkim poprawy liniowości - zmiany prądu przypadające na pojedynczy tranzystor - od prądu spoczynkowego do prądu odpowiadającego mocy maksymalnej - są dwa razy mniejsze. A prąd spoczynkowy jest znaczny : po ok. 150 mA na każdy tranzystor. I nie ma to związku z jakimś dogmatem o wyższości klasy AB z dużym prądem spoczynkowym nad klasą AB z małym prądem spoczynkowym , ale pomiarowo potwierdzonym efektem wychodzenia , w miarę wzrostu prądu spoczynkowego, poza obszar nieliniowości początkowej tranzystorów , w zakres liniowej zależności b od prądu kolektora. Efektu tego mogą nie zauważyć konstruktorzy stosujący znacznie silniejsze sprzężenia zwrotne. Poza tym , przy tak dobranym prądzie spoczynkowym minimum zniekształceń wzmacniacza przypada na zakres mocy do 10...15 W - najczęściej wykorzystywany w warunkach odsłuchu domowego.

Poważny i niedoceniony wpływ na liniowość wtórników przeciwsobnych mają rezystory emiterowe. Ich rezystancja powinna być jak najmniejsza , ponieważ zmniejszają one głębokość wewnętrznego , lokalnego sprzężenia zwrotnego oraz utrudniają swobodne przemieszczanie się punktu pracy po wysterowaniu stopnia mocy. Brak rezystorów utrudnia natomiast stabilizację temperaturową stopnia końcowego i dodatkowo uniemożliwia próbkowanie prądu niezbędne dla układów zabezpieczających wzmacniacz przed skutkami zwarć wyjścia.

Stabilizację temperaturową wzmacniacza , oprócz układu parametrycznego uzależniającego prąd sterujących wtórników źródłowych od temperatury radiatorów tranzystorów końcowych , zapewnia znaczna powierzchnia radiatorów przy jednoczesnym rozdzieleniu radiatorów stopni sterujących i końcowych oraz wykorzystanie części obudowy do odprowadzania ciepła.
Sprzężenie zwrotne a sprawa audiofilska.
AMPLIFIKATOR miał być początkowo wzmacniaczem pozbawionym jakiegokolwiek sprzężenia zwrotnego z wyjścia głośnikowego. Ale pomiary i połączone z nimi odsłuchy oraz rozważania w pewnym stopniu „filozoficzne" podsunęły inne rozwiązanie. W końcu całe nasze życie , funkcjonowanie naszych organizmów , interakcje zmysły - mózg oparte są na ujemnym sprzężeniu zwrotnym. Ale sprzężeniu doskonale kontrolowanym i chyba niezbyt głębokim.

Delikatnie aplikowane , słabe - wygładzające niejako , ujemne sprzężenie zwrotne obejmujące układ o praktycznie jednobiegunowej charakterystyce przenoszenia i w związku z tym idealnie gładkiej odpowiedzi impulsowej, powinno dawać zdecydowanie pozytywne rezultaty.

Silne sprzężenie zwrotne obejmujące wzmacniacz o skomplikowanej transmitancji ( o wielu biegunach i sztucznie wstawianych zerach ) i dużym wzmocnieniu , o , z konieczności zachowania stabilności , wąskim paśmie w otwartej pętli może prowadzić do przeregulowania systemu wzmacniacz - głośnik. A zespoły głośnikowe wraz z przewodami połączeniowymi to przecież złożone obciążenie o charakterze reaktancyjnym. Silne sprzężenia zwrotne wprowadzi , na dodatek z pewnym opóźnieniem , odpowiedź tak przeregulowanego systemu elektromechanicznego do węzła porównującego na wejściu wzmacniacza.

Reklamowane często jako pozbawione ogólnej pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacze mają zwykle stopnie końcowe zorganizowane w postaci dwóch stopni wzmacniających w konfiguracji WE - WE lub trzech WE - WK - WE objętych wspólną pętlą napięciowego sprzężenia zwrotnego. Tym samym sprzężenie zwrotne obejmuje dwa stopnie o wzmocnieniu napięciowym !

Rozpowszechnione w pewnym okresie i do dziś uważane za układy bez sprzężenia zwrotnego stopnie końcowe z korekcją „w przód" to nic innego jak wtórniki lub szeregi wtórników ( czyli układy o wzmocnieniu napięciowym równym 1 ) objęte silnym sprzężeniem zwrotnym przez dodatkowy wzmacniacz odwracający fazę - najczęściej jednostopniowy , tranzystorowy. Z punktu widzenia teorii obwodów można tu znaleźć analogię do wzmacniacza o dużym wzmocnieniu z pasywnym czwórnikiem sprzężenia zwrotnego.

Głębokość sprzężenia zwrotnego z wyjścia głośnikowego jest w „Amplifikatorze" minimalna , poniżej 10 dB ( tzn. mniej niż 3 razy ) , ale skutkuje obniżeniem zniekształceń harmonicznych poniżej poziomu słyszalnego przez wykwalifikowanych słuchaczy ( mowa jest o zmniejszaniu zniekształceń z poziomu poniżej 0,03 % do ok. 0,01 % przy 10W na 8 omach ) oraz zmniejszeniem impedancji wewnętrznej , której wpływ na pracę głośnika dynamicznego trudno przecenić. Wydaje się , że można pozwolić sobie na nazwanie tego sprzężenia , z definicji napięciowo - równoległego , lokalnym , ponieważ obejmuje ono - wraz z wtórnikami - tylko jeden stopień o wzmocnieniu napięciowym.

W związku ze stosunkowo niewielkim wzmocnieniem w otwartej pętli oraz zastosowaniem sprzężenia zwrotnego o stałej głębokości od prądu stałego po kraniec pasma akustycznego wzmacniacz wymagał wprowadzenia dodatkowej pętli stabilizującej składową stałą na wyjściu tzw. DC SERWO. Zrealizowano ją za pomocą precyzyjnego wzmacniacza operacyjnego BIFET w konfiguracji wzmacniacza całkującego.

Ponieważ inaczej niż w większości znanych mi wzmacniaczy zniekształcenia mierzone w „Amplifikatorze" przy 10 kHz są niewiele większe niż przy 1 kHz ( co jest konsekwencją wyborów , o których się tu wiele pisało a dotyczących elementów , liczby stopni , ich liniowości , sposobu aplikowania sprzężenia zwrotnego etc. ) nie wykazuje on tendencji do rozjaśniania brzmienia . Jest tylko tak jasny i tak żywy jak jasno i żywo nagrane są płyty odsłuchiwane przy jego pomocy. Jest neutralny , bo taki powinien być przecież cały tor elektroakustyczny. Tego wymaga od nas szacunek do dzieła ( czasami to niestety zbyt duże słowo ) twórców krążków kładzionych przez nas na talerzykach odtwarzaczy. Przecież przy wejściu do galerii malarstwa nikt nie rozdaje nam okularów , na dodatek do wyboru : ze szkłami powiększającymi lub pomniejszającymi , o różowym , niebieskawym czy zielonkawym zabarwieniu.

Tak zawsze rozumiałem ideę hi - fi czyli wysokiej wierności odtwarzania dźwięku. Co innego na estradzie - tam nawet wzmacniacz może być instrumentem.
Przedwzmacniacz czyli pochwała prostoty.
Przedwzmacniacz AMPLIFIKATORa ma prostą strukturę. Przełącznik wejść z przekaźnikami ( do zalet tego rozwiązania nie trzeba chyba nikogo przekonywać ) o złoconych zresztą stykach , precyzyjny , bo o dokładności lepszej niż 0.5 dB , tłumik oraz separujący wzmacniacz. Stosowanie sterowanych elektronicznie , wbudowanych w układy scalone tłumików może budzić pewne wątpiwości. I nie powinien ich rozwiewać fakt stosowania takich rozwiązań przez najbardziej uznanych np. Conrad - Johnsona , ale szczegółowa analiza zalet i wad , w stosunku do najbardziej rozpowszechnionych rozwiązań tzn. potencjometrów. Trzeba mieć świadomość , że nawet te lepsze od przeciętnych potencjometry mają gwarantowaną niewspółbieżność rzędu 3 dB , a ścieżka węglowa szumi i ma ograniczoną trwałość. Za produkty bardziej zaawansowane trzeba płacić niewspółmiernie dużo. Trudno też wprowadzić zdalne sterowanie poziomem głośności z jednoczesnym , w miarę precyzyjnym i powtarzalnym , jego wskazaniem. Do wad drabinkowych tłumików scalonych można zaliczyć ich ograniczoną dynamikę względem sygnału wejściowego , ale w przypadku układu LM 1972 jest ona , dzięki stosunkowo wysokiemu napięciu zasilania , więcej niż dostateczna by przenieść sygnał źródeł o najwyższych poziomach wyjściowych tzn odtwarzaczy CD. Poza tym można taki regulator umieścić w najbardziej odpowiednim miejscu toru , nie wiążąc się kwestiami mechanicznymi czy ergonomicznymi.

Tłumik drabinkowy z układem LM 1972 będzie wnosił niewielkie i praktycznie jedynie parzyste zniekształcenia nieliniowe pod warunkiem , że rezystancja wejściowa obciążającego go układu np. wzmacniacza będzie bardzo duża . Warunek ten spełnia prawie każdy współczesny wzmacniacz operacyjny , ale ja zdecydowałem się na wzmacniacz jednostopniowy ze złączowym tranzystorem polowym. Z całym szacunkiem dla układowego i technologicznego postępu w dziedzinie wzmacniaczy operacyjnych - każdy z nich zawiera jednak wiele stopni złożonych z wielkiej liczby elementów półprzewodnikowych a ich wynikowa jakość - te tysięczne części procenta zniekształceń i szerokie pasma wynikają przede wszystkim z ogromnych wzmocnień i bardzo głębokich sprzężeń zwrotnych.

Wybrana została najprostsza z możliwych struktur , analogiczna zresztą do zwykłego wzmacniacza triodowego. Opisywany wzmacniacz charakteryzuje się małymi szumami własnymi , co wynika nie tylko z naturalnych właściwości tranzystorów JFET ale i z wyboru typu tranzystora o dostatecznie dużej transkonduktancji w wybranym punkcie pracy. Ma on również małe zniekształcenia i niewielkie wzmocnienie bo ok. 3x = 10 dB , wynikające głównie z zastosowania prądowego sprzężenia zwrotnego w obwodzie drenu ( nieblokowany rezystor ). Zresztą rezystancja w obwodzie drenu też nie może być zbyt duża , ponieważ mogłoby to doprowadzić do generowanie nadmiernie dużych szumów we współpracujących obwodach wejściowych wzmacniacza mocy zbudowanych z tranzystorów bipolarnych. [ Gwoli przypomnienia : optymalizacja szumowa tranzystora bipolarnego wymaga stosowania małych prądów emiterów przy dużych impedancjach źródeł sygnałów i stosunkowo dużych prądów przy małych impedancjach źródeł. A wymagania co do dynamiki stopnia wejściowego wzmacniacza mocy nie pozwoliły na stosowanie małych prądów emiterów. ]

Wzmacniacz z tranzystorem JFET ma regulowany potencjometrem punkt pracy. Dzięki indywidualnej regulacji można było wykorzystać bardzo cenną , ale chyba nigdzie do tej pory nie opisaną , właściwość niektórych typów złączowych tranzystorów unipolarnych. Można mianowicie znaleźć takie położenie punktu pracy na charakterystykach tranzystora , przy którym wystąpi zniesienie się parzystych zniekształceń powstających w obwodach wejściowym G -S i wyjściowym D - S. Traktując ten punkt jako wyjściowy czy też odniesienia można poprzez prostą regulację zmieniać widmowy skład sygnału wyjściowego tzn. stosunek drugiej do trzeciej harmonicznej , przy czym poziom trzeciej harmonicznej pozostaje na stałym , dostatecznie niskim poziomie bo ok. - 86 ... - 90 dB przy 1V sk. na wyjściu.

Ten zdecydowanie niesymetryczny układ zasilany jest symetrycznie. Narzuca to bardzo wysokie wymagania na poziom szumów i tętnień obwodów zasilających. Stąd łańcuch niskonapięciowych diod stabilizacyjnych ( co pilniejsi studenci elektroniki powinni jeszcze pamiętać o efekcie Zenera i o powielaniu lawinowym oraz o związanych z tym konsekwencjach ) bocznikowanych dodatkowo kondensatorami o bardzo dużej pojemności. Typowe , scalone stabilizatory napięcia w ogóle nie mogły być brane pod uwagę w tym zastosowaniu ze względu na wysoki poziom ich szumów własnych.

Nawiasem mówiąc , w literaturze , tej mniej i bardziej współczesnej , brakuje właściwie informacji o szumach układów zasilających i elementów wchodzących w ich skład.
Zasilanie - bez kompromisu.
Bardzo dużą uwagi poświęciłem obwodom zasilającym wzmacniacza. Przede wszystkim rozdzielone zostało zasilanie kanału lewego i prawego co doprowadziło do konfiguracji „dual mono" . Specjalnie dla „Amplifikatora" zostały zaprojektowane toroidalne transformatory sieciowe o odpowiednio dużej wydajności a jednocześnie pozbawione wibracji i pola rozproszonego ( low noise ) , o nieco nietypowych gabarytach. Ze względu na własności obudowy należało przewidzieć również specjalny , antywibracyjny sposób ich mocowania do płyty podstawy.

Wyjściowe wtórniki emiterowe przewodzą we wzmacniaczu największy prąd. A prąd ten zawiera mnóstwo składowych harmonicznych - przecież , w związku z naprzemiennym przewodzeniem komplementarnych tranzystorów końcowych to odcinki kosinusoidy. Dlatego ich obwody zasilające zostały wydzielone : mają odrębne uzwojenia w transformatorach , odrębne mostki prostownicze i kondensatory filtrujące. Inaczej niż w typowych konstrukcjach , przez te kondensatory nie zamykają się więc małe prądy stopni wejściowych wraz z ogromnymi prądami stopnia końcowego. Dlatego przy wyborze gatunku tych kondensatorów można było skupić się na realnych i podawanych przez producentów parametrach , takich jak : pojemność ( a zdecydowano się na bardzo dużą bo 2x22000 F w każdym kanale ) , impedancja i ESR , dopuszczalny prąd tętnień i niezawodność - wszystko to przy racjonalnej cenie - a nie kierować się trudno definiowalnymi , „sonicznymi" ich właściwościami.

Stopnie sterujące końcowymi wtórnikami mają również całkowicie separowane zasilanie : osobne uzwojenia , mostki ( z pewnych względów dwa na kanał ) i kondensatory. Napięcie wyjściowe tych zasilaczy jest nieco wyższe niż napięcie zasilające stopnie końcowe. Pozwala to lepiej wysterować i przez to lepiej wykorzystać energetycznie stopień mocy - uzyskać większą moc wzmacniacza przy mniejszych stratach.

Oprócz opisanych , we wzmacniaczu występuje kilka dodatkowych obwodów zasilających korzystających z trzeciego transformatora o niewielkiej mocy. Zasilają one , symetrycznym napięciem , tłumik elektroniczny oraz niesymetrycznym : sterownik mikroprocesorowy i cewki przekaźników przełącznika wejść.

Ten bezkompromisowy podział obwodów zasilania na : audio dużej mocy , audio małej mocy , funkcje dodatkowe , układy cyfrowe ułatwił optymalizację połączeń i wzajemne odseparowanie układów a w konsekwencji pozwolił na uzyskanie dużego odstępu od tętnień i zakłóceń pomimo zastosowania jednostronnej płytki drukowanej.

[ Przy okazji omawiania właściwości elementów użytych w zasilaczu nasunęła mi się pewna dygresja natury bardziej ogólnej. Zupełnie nie potrafię zrozumieć zachwytów nad stosowaniem elementów do montażu powierzchniowego ( SMD ) w wysokiej klasy urządzeniach audio. Uzasadnia się to „skróceniem ścieżki sygnałowej". Po pierwsze : nadużywa się umownego , bardziej chyba dydaktycznego pojęcia „ścieżki sygnałowej" - coś takiego tak naprawdę nie istnieje , prąd płynie przecież tylko po obwodzie. Po drugie : skrajna wręcz miniaturyzacja elementów elektronicznych , szczególnie pasywnych , ma również negatywne konsekwencje. Większość elementów SMD ma gorsze właściwości od swoich odpowiedników przewlekanych , i to właściwości istotne w sprzęcie elektroakustycznym. Mowa np. o szumach rezystorów czy też dobrociach oraz nieliniowych własnościach kondensatorów. ]
Zakończenie czyli o tym o czym jeszcze nie było.
A nie było jeszcze o obudowie i wzornictwie. Najprościej byłoby zacytować starorzymską maksymę , że o gustach nie warto dyskutować. Ale może kilka słów komentarza będzie jednak na miejscu. Obudowa odzwierciedla w pewnym stopniu filozofię , która przyświecała przy konstruowaniu AMPLIFIKATORa i dlatego jest ona właśnie taka . Z całą pewnością trudno się w niej dopatrzeć przerostu formy nad treścią. Jest za to wykonana z naturalnego , szlachetnego i niemagnetycznego materiału - z aluminium , szlachetną i pracochłonną technologią tzn. obróbką skrawaniem , z wykorzystaniem numerycznych frezarek. Prostota formy obudowy i płyty czołowej okazała się , co nie było zamierzone , nieco prowokacyjna. Oglądający nie pozostają obojętni - akceptują lub całkowicie odrzucają wizję projektanta. A ja uważam , że skromny nie przykuwający uwagi wygląd jest pożądany , ponieważ pozwala skupić się na tym co w tym wszystkim najważniejsze - słuchaniu muzyki. Chyba , że to już nie jest najważniejsze a jestem po prostu niedzisiejszy... Mnie w każdym razie dość szybko udaje się zapomnieć , szczególnie w przyciemnionym pokoju , o obecności wzmacniacza - tak dzięki brzmieniu jak i nieabsorbującymu wyglądowi. Czego i Państwu życzę.