- Futterman H3 OTL - потрібно просто викинути вихідний трансформатор
- Heathkit amps - DIY для меломана і музиканта
- Клас D: ККД vs спотворення
Як ми і обіцяли, продовжуємо цикл про легендарних підсилювачах минулого і сьогодення. На цей раз ми опишемо непросту долю УМЗЧ класу D, оригінальні розробки в області лампової схемотехніки, що не обійдемо стороною і DIY-набори для тих чиї руки виросли з тулуба. 
Futterman H3 OTL - потрібно просто викинути вихідний трансформатор
Почнемо за традицією з самої «теплої» в ламповому щодо епохи, з 50-х в США, де в губернському місті Нью-Йорку, винахідник Юліус Футтерман (Julius Futterman) розробив один з найбільш оригінальних лампових підсилювачів свого часу. У 1954-му на світ з'явився ламповий УМЗЧ Futterman H3 OTL, особливістю якого стало відсутність вихідного трансформатора.
В оригінальній схемотехнике підсилювача Футтерман катодний резистор фазоинвертора з'єднувався ні з землею, а з виходом підсилювача. 100% -ва ООС катодного повторювача Futterman H3 OTL компенсувалася 100% -ної ПОС через катодний резистор фазоінвертора. Цікаво, що унікальну для того часу (і високо оцінену нащадками) схему розробив непрофесійний інженер, а радіоаматор-самоучка.
Причиною необхідності в оригінальному вирішенні було те, що близько 30-35% собівартості лампових підсилювачів тих років припадала на вихідний трансформатор. Що було вкрай істотним фактором, враховуючи, що перші підсилювачі проводилися вручну.
Завдяки конструкторському рішенню ціна підсилювача стала набагато вища за вартість наборів для самостійної збірки і склала близько $ 180 - 200, що сьогодні з урахуванням інфляції є еквівалентом $ 1600. - 1800. Крім істотного здешевлення продукту інновація позбавила УМЗЧ від (яку дуже любив деякими аудіофілами і гітаристами) характерною «теплої» забарвлення звуку.
Слід зазначити, що порівняно невелика вартість підсилювача межувала з майже унікальними для того часу характеристиками.
Судіть самі:
- Діапазон відтворюваних частот: 7 Гц (!) До 55 кГц
- RMS: 90 Вт
- IMD: 0,1% (1 Вт, 1 Ом)
- Коефіцієнт гармонік: 0,1%
- Вихідний опір: 0,6 Ом
Цікаво, що ідеальною акустичною системою для роботи з цим підсилювачем вважалися електростатичні колонки Quad ESL 57, створені в 1957 році.
Футтерман запатентував пристрій, а ліцензії продав кільком американським компаніям в 1961-му році. Ліцензійні підсилювачі за схемою Футерман проводилися до початку 70-х років і коштували значно дорожче оригіналу. Протягом 60-х і 70-х винахідник удосконалював схемотехнику лампових підсилювачів.
У 1984 році, вже після смерті Футерман, компанією New York Audio Labs був випущений, розроблений за його участю, один з найдорожчих підсилювачів свого часу (для електростатичних акустичних систем), що стояв $ 12 000 (близько $ 26 000 сьогодні з урахуванням інфляції). Серед порівняно свіжих розробок, що використовують спадщину Футтерман, можна виділити оригінальний пристрій італійця Андреа Ціуффолі (схема приведена нижче).
Heathkit amps - DIY для меломана і музиканта
Heathkit - одні з передовиків лампових конструкторів для любителів каніфольної димки. Компанія, заснована в 40-е, придбала популярність в 60-е, на хвилі інтересу до самостійної збірці пристроїв. Фактично всі продукти компанії стали культовими в середовищі людей захоплених DIY. На відміну від Dynaco, Heathkit створювали багатоцільові конструктори, з різними наборами шасі і радіодеталей.
Комплекти і моделі змінювалися досить часто, що також суттєво різнить ці пристрої з «макінтошем для бідних». Пік популярності наборів Heathkit доводиться на середину 60-х, коли придбання якісного підсилювача передбачало витрати порівнянні з вартістю середнього автомобіля.
Всі дерев'яні деталі (набір ручок, шасі і т.п.) входили в базову комплектацію. Гітарні варіанти heathkit іноді припускали включення додаткових бонусів: випромінювачів і деталей корпусу для створення комбо. Цікаво, що для створення гітарних наборів компанія активно застосовувала транзисторні схеми. Такий підхід був не надто популярний в 60-х (теплий ламповий тренд в гітарному посиленні був сильний), але дозволяв придбати дешеве гітарне обладнання небагатим початківцям музикантам.
Залежно від призначення пристрою, користувач може був вибрати той чи інший комплект. Наприклад, були набори для гітарного посилення, відтворення музики, в тому чи іншому наборі різнився потужність УМЗЧ . Характеристики пристрою приводити сенсу не має, так як вони відрізняються в залежності від конкретної моделі, при цьому переважна більшість авторів сходяться на тому, що ці підсилювачі цілком відповідали HI-fi класу, а гітарні комбо Heathkit становили конкуренцію аналогічним моделям Fender і VOX того періоду.
Клас D: ККД vs спотворення
Легендарними в середовищі інженерів вважаються підсилювачі класу D, спроби створити які почалися ще в 50-х. Сама ідея УМЗЧ з імпульсним керуванням, вихідними лампами приписується 2-м авторам, нашому співвітчизнику Дмитру Васильовичу Агєєва (1951 рік) і Аліку Рівзу із Сполученого Королівства (1951 рік). Однак, говорити про те, що інноваційні концепції сміливих інженерів миттєво стали широко затребуваними на ринку не доводиться.
Д.В. Агєєв
Раптово почалася ера транзисторів для спроб створення гідного УМЗЧ class D не привела до очікуваних результатів. «Принцип невичерпних можливостей ККД», закладений радянським інженером Агеєвим і його британським колегою, довгий час опинявся неприступним навіть для фахівців таких компаній як SONY, PHILIPS, Marantz, Matsusita Electric. Аж до 80-х нічого пристойно звучить і комерційно успішного в класі D створити не вдавалося. Ситуація змінилася до середини 80-х, коли на ринку радіодеталей з'явилися МДП-транзистори.
Відомо, що в режимі D імпульс набуває майже прямокутну форму, так як транзистор або замкнений, або відкритий.А опір відкритого каналу сучасних силових МПД-транзисторів зовсім невелике (від одиниць до десятків Міллі).Завдяки цьому, побудований на підставі цих елементів підсилювач класу D здатний працювати практично без втрат потужності.ККД таких підсилювачів класу D становить близько 90 - 95%.
Не дивлячись на обмежену популярність, підсилювачі D-класу того часу теж не можна назвати сверхмассовим продуктом. Для споживача концепція класу D встигла втратити привабливість до кінця 80-х, головним чином у зв'язку з невдачами їх недосконалих попередників.
Як оповідає Вікіпедія, основними проблемами підсилювачів класу D були і, в якійсь мірі, залишаються:
... але не дозволяє домогтися високої якості відтворення звуку, навіть якщо охопити її зворотним зв'язком.Нелінійні спотворення класу D мають кілька причин: нелінійність генератора сигналу трикутної форми, нелінійність котушок індуктивності вихідного фільтра, нелінійність через мертвого часу між включеннями верхнього і нижнього плеча підсилювача ...Мабуть, найпомітнішим представником класу D став один з перших цифрових підсилювачів, дотягують до показників HI-FI - Tripath TA2020, серійне виробництво якого було запущено в 1999 році. Справа в тому, що, в зв'язку з неминучою необхідністю в усуненні спотворень, принцип аналогової модуляції виявився малопривабливим.
У ранніх проектах підсилювачів класу D низькочастотні перешкоди вільно проходили з живлячих шин на вихід, що змушувало використовувати нелінійну модуляцію і дельта-сигма модуляцію для їх усунення.Останнє призводило до неминучого зростання частоти перемикання і зниження ККД.Логічним виходом стало застосування цифрових схем, уменьшавших частоту перемикання.
Деякі інженери ставлять під сумнів заявлені характеристики Tripath TA2020 і їх відповідність стандартам HI-FI. Пропоную читачам самим оцінити показники якості на прикладі 20-ти ватного підсилювача для авто, створеного на базі TA2020:
- RMS: 2 х 20 Вт 4ohm, 2x12 Вт 8ohm
- Співвідношення сигнал-шум (SNR): 98дБ
- Динамічний діапазон: 98дБ
- IMD: 0.1% 1 Вт, 4ohm
- THD: 0.03% 9 Вт, 4ohm, 0.1% - 10 Вт му, 0.1% - 6 Вт 8ohm, 10% - 23 Вт му, 10% 13 - Вт 8ohm
- Енергоефективність: 81% 20 Вт, ом, 88% 12 Вт, 8ohm
- Чутливість входу: 200mV
І все це щастя при ціні від $ 20 до 60.
Мікросхема, на основі якої створено підсилювач, була внесена в список «25 мікросхем, які потрясли світ» за версією журналу IEEE Spectrum.
Компанія Tripath, випустивши інноваційний підсилювач, з метою залучення уваги до продукту придумала навіть новий клас, оголосивши свій пристрій підсилювачем класу T (хоча принцип роботи девайса відповідав класу D).
Незважаючи на маркетингові зусилля, «креативи» з класифікацією, Tripath не витримали конкуренції з більш потужними гравцями і зникли з ринку в 2007-му році. Безславний і тихий кінець цієї компанії ніяк не применшує заслуг розробників, які створили, ймовірно, єдиний дійсно легендарний підсилювач класу D.
