Про конструирование усилителей звуковой частоты

Во времена СССР наверное не было электронщика который не собрал хотя бы один усилитель звуковой частоты. Вещь – реально полезная и в общем доступная в плане сборки. То есть не нужно некое специальное оборудование для наладки. Генератор, осциллограф, в идеале – анализатор спектра. Но в общем, если конструкция нормальная и собрано всё правильно, то может начать работать сразу и без всякой настройки.

Я сейчас не могу точно сказать – сколько в своей жизни собрал усилителей. Помню, что первый был на 4 транзисторах МП-38-42 для простого приемника прямого усиления, приемники уже тогда были у меня предметом фетишистского обожания. Другой собрал уже на микросхеме К174УН7, для супергетеродина что предназначался для приема западных радиостанций. Кстати на этой микросхеме был собраны УНЧ для безумного советского магнитофона МАЯК-231 (232,233), причем работала она там в ужасном режиме, на полную мощность.

Да, изучая схемы разных усилонов что публиковались в журналах, я столкнулся со странной гонкой за понижение частоты гармонических искажений. Уже чуть позже, узнав что такое ряды Фурье и спектральный анализ у меня возникло два вопроса. Первый: Как человеческое ухо (даже такое как Бетховена или Верди) может заметить коэффициент искажений в 0,001% Как? Да такого просто не может быть! Второй: а чем измеряли такой коэффицент? Я работал с несколькими советскими (других тогда не было) анализаторами спектра и они в лучшем случае могут обеспечить точность измерения в 0,1% (что тоже неплохо).

Иллюстрация показывающая как гармоники искажают исходный сигнал

Первой серьезной конструкцией которую я собрал, был «Усилитель с многопетлевой ООС» (Радио 1984 г.). Популярная была конструкция, ее многие повторяли. Да, нормально так работал. Но как этот Зуев измерил коэффицент в 0,01%?

Но это ладно! В 1989 году я стал свидетелем, как один меломан повторил т.н. «Усилитель высокой верности» Сухова. Безумная конструкция, которая неплохо работала. Он очень гордился, хотя как по мне, советский усилон Бриг-001 звучал совсем не хуже.

Одновременно я видел и нигде не опубликованные, но не менее безумные схемы на десятках транзисторов (все суперкачественные УНЧ собирались на рассыпухе) с коэффициентом гармоник в десятитысячные доли процента, с параллельным усилением по разным полосам, с операционными усилителями в ООС, в общем много чего видел и слышал, но только к середине 90-х годов у меня выработалось свое мнение по поводу усилителей как таковых.

На усилитель нужно смотреть просто как прибор усиливающий электрический сигнал. По напряжению, по току, или по напряжению и току одновременно. То есть подали на вход Asin(wt) и в идеале сняли с выхода kAsin(wt), где k – коэффицент усиления.
Усилитель должен обладать максимально возможным отношением сигнал/шум (желательно — 80-100 дБ)
Усилитель должен иметь максимально высокую скорость нарастания выходного напряжения, то есть малое «тау» на выходе при подаче на вход прямоугольного импульса.
Следствие п.3. Усилитель должен иметь широкую полосу пропускания, то есть она должна быть фактически линейна в диапазоне 100 Гц – 100 кГц.
Подобно тому как самая важная вещь в телевизионном усилителе – хорошая антенна, самая важная часть в любом усилителе – колонки! Акустическая система. Вы можете собрать усилон с коэффицентом гармоник 0,003%, отношением сигнал-шум в 120 дБ и скоростью нарастания в 200 В/мкс, но звучать он у вас будет отвратительно если отвратительными будут колонки. Хотя тут конечно все субъективно. Я вот очень хорошо чувствую низы, то есть если низы звучат не так как мне нравится – всё, усилитель или колонки для меня не существуют. Народ почему–то больше обращает внимание на высокие частоты, мне это совсем не понятно.

Фишка в том, что многие условия в конструировании усилителей взаимно противоположны, как и в теории систем вообще. Так, увеличение глубины ООС (отрицательно обратной связи) повышает устойчивость, снижает коэффициент искажений, но при этом снижает быстродействие и чувствительность (как и в государстве с переразвитым бюрократическим аппаратом: оно устойчиво, но медленно на всё реагирует). Отдельная тема – ламповые усилители – там спокойно можно обойтись без ООС и параметры никак не ухудшатся. Может быть поэтому ламповые дают такой приятный звук, даже на коэффициенте гармоник в «смешные» 0,3%

Один из моих усилителей «Verdi». Юзается на тех же колонках что и тот, зуевский, с «многопетлевой ООС». Уверяю вас, звучит ничем не хуже, хотя мощность конечно меньше, но у меня и колонки всего 25 ватт. Надо, надо конечно новые брать уже давно. Думаю возьму какие то олдовые. Акай или Денон. Реально «держит АЧХ» до 50 кГц. Шум практически не слышен. Подумываю о том, чтобы перевести его на импульсное питание, думаю шум вообще исчезнет. Собран на микросхеме TDA7294A, которая, в свою очередь, собрана на полевых транзисторах.

Собирал по этой схеме, но у меня нет разделения на «ноль» и «землю». ну и номиналы чуть другие в некоторых позициях.