На главную Прислать статью Форум Ссылки Обратная связь
 



Когда лампа лучше, чем транзистор

Многие годы производители транзисторных усилителей водили аудиофилов за нос, предлагая им правдоподобные объяснения, почему следует старую модель усилителя заменить на новую. Коротко напомню эти объяснения:

- слишком велики гармонические искажения (в новых моделях усилителей искажения снижены до 0,0001%);

- мал коэффициент демпфирования (коэффициент демпфирования достиг 1000);

- недостаточно широка полоса воспроизводимых частот (полоса была расширена до 5 МГц);

- усилители ограничивают скорость изменения сигнала (на лицевых панелях новых усилителей появилась надпись „High Speed Amplifier”);

- громкоговоритель требует большего тока (и вот множество включенных параллельно выходных транзисторов обеспечивают выходной ток усилителя в 100 А).

Этот список можно было бы продолжить.

Пока удавалось поддерживать у адиофилов веру во все эти технические „заморочки”, на рынке усилителей царило оживление. Однако золотая жила, похоже, все-таки иссякла. Многим стало ясно, что к написанному в рекламе надо относиться с осторожностью и верить можно только собственным ушам или хотя бы ушам квалифицированных экспертов.

После игр в сверхпараметры началась эпоха субъективизма. К середине 80-х годов в моду вошли скромные „по цифрам” усилители на лампах. Обратите внимание, что ни один из перечисленных выше рецептов хорошего звучания в ламповых усилителях никогда не был реализован. Наверное, поэтому у многих аудиофилов зародилось подозрение, что транзисторы навлекают „порчу” на музыкальное звучание и что даже простенький домашний ламповый усилитель способен снять транзисторный „сглаз” и „очистить” от него сделанную ранее транзисторную и даже цифровую запись.

Так ли это на самом деле? Имеет ли лампа преимущества перед транзистором, и если имеет, то при каких условиях они проявляются? Ответы вы найдете в этой статье.

В трудные моменты изложения - а они, конечно, будут - мне поможет уже знакомый читателю Объективист.

Чтобы сразу не впасть в мистику, рассмотрим на физическом уровне различия между лампой, полевым и биполярным транзисторами.

Лампу (возьмем в качестве примера триод) можно рассматривать как „проводник”, который состоит из тщательно очищенных от кислорода электродов - анода и катода, - а также вакуумного промежутка между ними, заполненного носителями заряда - энергетически возбужденными свободными электронами. Переносимый через вакуум свободными электронами ток анода управляется напряжением между сеткой и катодом.

Усилительные свойства триода можно характеризовать крутизной характеристики, то есть отношением приращения тока анода к приращению напряжения „сетка - катод” (при неизменном напряжении на аноде). Независимость крутизны от электрических режимов лампы является показателем ее линейности. Особенно важно, что крутизна характеристики триода мало зависит от тока анода (в большинстве случаев она пропорциональна примерно корню 3-й степени из величины этого тока). Влиянием входной характеристики лампы на линейность можно пренебречь, так как в режиме отрицательного смещения сетки ток в ее цепи отсутствует.

Межэлектродные емкости постоянны и не зависят от электрических режимов лампы. Немаловажно также то, что основные параметры лампы не зависят от температуры анода или, иначе, от выделяемой на нем мощности. И еще одно важное преимущество именно триода - низкое внутреннее сопротивление, которое при оптимальном режиме использования лампы меньше сопротивления нагрузки приблизительно в два раза.

Зависимость внутреннего сопротивления от тока анода обратна зависимости крутизны триода от этого тока, поэтому в режиме, в котором сопротивление нагрузки больше внутреннего сопротивления, усиление лампы практически не зависит от тока анода.

Полевой транзистор тоже можно рассматривать как „проводник”. Проводящей частью транзистора является канал в кристалле сверхчистого кремния, тип проводимости которого (p или n) задается ничтожной примесью индия или мышьяка. В зависимости от типа проводимости транзистора в канале перемещаются носители заряда: свободные электроны или „дырки" (не заполненные электронами места в кристаллической решетке). Как и в ламповом триоде, ток на выходе полевого транзистора (ток стока) управляется напряжением между затвором и истоком.

Усилительные свойства полевого транзистора (как и лампы) можно характеризовать крутизной (то есть отношением приращения тока стока к приращению напряжения „затвор - исток”).

Полевой транзистор имеет более выраженную нелинейность, чем лампа. Почти у всех типов полевых транзисторов крутизна увеличивается пропорционально квадратному корню из величины тока стока.

Как и у лампы, ток управляющей цепи (цепи затвора) отсутствует, поэтому нелинейностью входной характеристики полевого транзистора можно пренебречь.

Несколько хуже с межэлектродными емкостями. Наиболее важная емкость „сток - затвор” зависит от действующего между этими электродами напряжения.

Самым неутешительным фактом следует признать высокую чувствительность тока стока и крутизны полевого транзистора к изменениям температуры его кристалла. Эта чувствительность объясняется ростом подвижности носителей заряда при увеличении температуры и обычно характеризуется температурным коэффициентом напряжения „затвор - исток” (то есть приращением напряжения на затворе, которое необходимо для поддержания на постоянном уровне тока стока транзистора при повышении температуры его кристалла на один градус). В зависимости от режима, в котором используется полевой транзистор, температурный коэффициент может принимать значение от 2 до -3 мВ/град[1].

Хуже всего то, что температура кристалла транзистора, хотя и с инерцией (определяемой тепловой постоянной времени этого транзистора), но успевает почти за всеми изменениями рассеиваемой в транзисторе мгновенной мощности, однако об отрицательном значении этого мы поговорим несколько позднее.

Кроме транзисторов со статической индукцией, остальные типы полевых транзисторов имеют внутреннее сопротивление значительно большее, чем сопротивление нагрузки.

Биполярный транзистор - также своего рода „проводник”. Однако физические процессы, связанные с прохождением в нем тока, коренным образом отличаются от тех, которые протекают в лампах и полевых транзисторах.

Первое отличие состоит в том, что носителям заряда, а ими являются электроны или дырки, приходится преодолевать два барьера (p-n-перехода): эмиттер - база и база - коллектор, то есть дважды переходить от кристаллической решетки одного типа к решетке другого типа.

Второе отличие - в принципе управления током коллектора. Величина этого тока зависит от количества „впрыснутых” из эмиттера в базу так называемых неосновных для нее носителей, которые „блуждают” в ней, пока не будут втянуты сильным электрическим полем коллектора, смещенного в обратном направлении по отношению к базе. Управление впрыскиванием в базу неосновных носителей осуществляется путем смещения в прямом направлении (иначе говоря, приоткрывания) база-эмиттерного перехода транзистора. Усилительные свойства биполярного транзистора также можно характеризовать крутизной (то есть отношением приращения тока коллектора к приращению напряжения база - эмиттер). В соответствии с теорией крутизна биполярного транзистора приблизительно пропорциональна току коллектора, поэтому он имеет более выраженную нелинейность, чем полевой транзистор.

В отличие от лампы и полевого транзистора, к нелинейности крутизны биполярного транзистора следует добавить нелинейность его входной характеристики. И это понятно, так как даже по виду она мало, чем отличается от вольтамперной характеристики прямо смещенного диода.

С межэлектродными емкостями здесь творится то же самое, что и в полевом транзисторе. Наиболее важная емкость перехода коллектор - база биполярного транзистора зависит от действующего между этими электродами напряжения.

В биполярном транзисторе мы также сталкиваемся с высокой чувствительностью его параметров к изменениям температуры кристалла. А именно, температурный коэффициент напряжения база - эмиттер равен -2,2 мВ/град, а коэффициент усиления по току транзистора увеличивается на 2-3 % / град. Так же как и в полевом транзисторе, температура кристалла биполярного транзистора с инерцией (определяемой тепловой постоянной времени) успевает за изменениями рассеиваемой в транзисторе мгновенной мощности.

Внутреннее сопротивление биполярных транзисторов тоже не оставляет никакой надежды - оно всегда больше сопротивления нагрузки.

Сгруппируем теперь наиболее важные и вполне объективные отличия лампы, полевого и биполярного транзистора в таблице 1.

Таблица 1

Усилительный элемент

Вид отличий

Лампа (триод)

Полевой транзистор

Биполярный транзистор

Тип проводимости

Электронная (через вакуум)

Электронная или дырочная (через канал в кристалле кремния)

Электронная или дырочная (через два барьера: эмиттер-база и база-коллектор)

Нелинейность:

входная

 

 

 

 

 

выходная

 

Отсутствует

 

 

 

 

 

Пропорциональна корню третьей степени из величины тока анода

 

На ВЧ обусловлена зависимостью емкости «сток-затвор» от напряжения.

На НЧ отсутствует

 

 

Пропорциональна квадратному корню из величины тока стока

 

На ВЧ обусловлена зависимостью емкости «коллектор-база» от напряжения.

На НЧ обусловлена нелинейностью ВАХ «база-эмиттер».

 

Пропорциональна величине тока коллектора

Термочувствительные параметры

Отсутствуют

Ток стока и крутизна зависят от мгновенной температуры кристалла

Ток коллектора и коэффициент усиления по току зависит от мгновенной температуры кристалла

Выходное сопротивление

В два раза меньше сопротивления нагрузки

Больше сопротивления нагрузки (кроме транзисторов типа СИТ)

Больше сопротивления нагрузки

 

Главных отличий три. Биполярный транзистор отличается от лампы термочувствительностью основных параметров, большей нелинейностью входных и выходных характеристик (полевой транзистор занимает в этом ряду промежуточное положение); а кроме этого, лампа (триод) превосходит транзистор в части удобства согласования своего внутреннего сопротивления с громкоговорителем.

С моей точки зрения, всего этого вполне достаточно, чтобы предпочесть ламповый усилитель усилителю на полевых транзисторах, а последний - усилителю на биполярных транзисторах.

Объективист: Ваша точка зрения звучит не очень убедительно, ведь против отмеченных вами недостатков транзисторов есть радикальное средство - отрицательная обратная связь (ООС). Лучше поищите причины плохого звучания транзисторных усилителей в их схемах.

Автор: Согласен. Сравним традиционный и хорошо зарекомендовавший себя усилитель на лампах (см. схему на рис. 1) и достаточно простой для рассмотрения усилитель на биполярных транзисторах (см. схему на рис. 2).

Рис. 1.

Рис.2

Рис. 3

Главное, что отличает ламповый усилитель, - это выходной трансформатор, который служит для преобразования низкого сопротивления громкоговорителя в оптимальное сопротивление нагрузки выходных ламп. В транзисторном усилителе оптимальное согласование возможно без применения трансформатора. Без трансформатора в ламповом усилителе трудно обойтись хотя бы потому, что с его помощью обеспечивается симметричная работа выходного каскада в режиме „тяни-толкай” (push-pull). В транзисторном усилителе этот режим может быть достигнут включением последовательно транзисторов разного типа проводимости. Лампу с противоположным типом проводимости, к сожалению, пока не изобрели.

О.: Видите! Транзисторный усилитель не сложнее лампового, а главное - в нем нет выходного трансформатора, поэтому если транзисторы сами по себе не вызывают слабо поддающуюся объективному анализу „порчу” звука, то транзисторный усилитель должен звучать лучше лампового.

А.: Не спешите с выводами, а внимательно всмотритесь в обе схемы (рис. 1 и 2). Принципиальным отличием лампового усилителя от транзисторного является отсутствие в нем ООС. В транзисторном же усилителе каждый транзистор и усилитель в целом охвачены ООС. Действительно: Т1 охвачен местной последовательной ООС по току через RЗ, T2 охвачен местной ООС по току через R6, выходные транзисторы TЗ и Т4 охвачены местными ООС по току через резисторы R7 и R8 с также последовательной ООС по напряжению через сопротивление громкоговорителя; усилитель в целом охвачен общей последовательной ООС по напряжению через делитель из резисторов R4 и RЗ (рис. 2).

О.: Хотя от использования ООС я вижу только пользу, однако готов предложить вам схему транзисторного усилителя, в котором ООС нет (см. рис. 3).

А.: Не хочется быть мелочным, но каждый биполярный (или полевой) транзистор имеет последовательную ООС по току, которая образуется в результате падения части сигнала на внутреннем сопротивлении эмиттера (истока) транзистора. Этими связями можно было бы пренебречь, если бы предлагаемая схема не имела более серьезных недостатков.

Первый - это на порядок большие (по сравнению с ламповым усилителем) и неблагоприятные по спектру нелинейные искажения.

Если ламповый усилитель не доводить до клиппинга, гармонические искажения на его выходе не превышают 1-3%, причем в составе этих искажений доминирует 3-я гармоника; вторая в результате действия принципа „тяни-толкай” компенсируется, а высшие гармоники затухают. В усилителе, показанном на рис. 3, сочетание нелинейностей входных и выходных характеристик биполярных транзисторов является причиной образования целого спектра гармонических, а в случае сложного сигнала - значительно больших по мощности интермодуляционных искажений высших порядков. Специалистам хорошо известно, что эффективных средств для уменьшения нелинейных искажений высших порядков нет. Применение ООС даже ухудшает положение, так как с ее помощью искажения низших порядков преобразуются в искажения более высоких порядков.

Присутствие в музыкальном сигнале даже небольших по величине продуктов интермодуляции высших порядков вызывает у слушателя ощущение „металличности”, жесткости, шероховатости, замутненности звучания, чаще всего такое звучание называют просто ненатуральным.

Второй недостаток предложенной схемы - это зависимость параметров усилителя от мгновенной температуры кристаллов транзисторов. В этом нетрудно убедиться, собрав предлагаемую схему и наблюдая затем, как гуляют ток в транзисторах и напряжение на выходе усилителя, особенно если слегка подуть на собранную схему. Можно стабилизировать выход усилителя, применив для этого так называемый следящий привод (который, кстати, является разновидностью ООС), однако как решить проблему искажений, которые принято называть „тепловыми”?

Тепловые искажения[2] возникают, когда изменение сигнала (напряжения и тока) на выходе транзистора сопровождается изменением рассеиваемой в нем мгновенной мощности и, как следствие, меняется мгновенная температура его кристалла. Что вызывает следующие явления: в процессе усиления музыкального сигнала коэффициент усиления по току выходных транзисторов плавно (из-за инерции тепловых процессов) изменяется на 20-30%. Эти изменения, в свою очередь, становятся причиной инфразвуковых интермодуляционных искажений в усилителе, к которым ухо слушателя чрезвычайно чувствительно.

Другое проявление тепловых искажений объясняется тем, что напряжение база - эмиттер зависит от температуры кристалла транзистора. Оказывается, что изменение напряжения (и тока) на выходе транзистора, которое представляет собой изменение рассеиваемой в нем мощности, сначала преобразуется в изменение температуры кристалла транзистора, а затем в изменение напряжения база - эмиттер, которое, в свою очередь, снова преобразуется в напряжение (и ток) на выходе транзистора. В результате этих преобразований в каждом транзисторе усилителя (и особенно в изображенном на рис. 3) возникает нелинейная электротепловая отрицательная обратная связь, которая, если не использовать местные ООС по току, вызывает в области низких звуковых частот (ниже частоты 150 Гц) уменьшение усиления на 10-15 дБ, а также рост гармонических  и интермодуляционных искажений, которые достигают 10-15%.

Третий недостаток схемы усилителя показан на рис. 3 - это его недопустимо высокое выходное сопротивление. Если выходное сопротивление усилителя больше, чем сопротивление громкоговорителя, звучание последнего характеризуется повышенной гулкостью и затягиванием басов. В связи с этим международные стандарты в области hi-fi в качестве „минимального требования” рекомендуют, чтобы выходное сопротивление усилителя не превышало 1/3 величины сопротивления громкоговорителя.

Обеспечить требуемое выходное сопротивление усилителя на транзисторах (кроме тех случаев, когда в качестве выходных использованы полевые транзисторы со статической индукцией) можно, если включить параллельно громкоговорителю резистор или охватить выходной каскад отрицательной обратной связью по напряжению.

Думаю, что в транзисторном усилителе без ООС не обойтись, так как для того, чтобы обеспечить даже скромные значения нелинейных искажений и приемлемое выходное сопротивление, усилитель на транзисторах должен как минимум иметь глубокие местные ООС.

О.: Почему с таким упорством вы провозглашаете нежелательность применения в усилителях ООС, при этом даже готовы мириться с таким анахронизмом ламповых усилителей, как выходной трансформатор? Что вы можете сказать плохого об ООС после 60 лет ее успешного применения во многих областях техники?

А.: О том, как ведет себя ООС в усилителях, поговорим позже. Сначала рассмотрим некоторые эффекты, вызванные прохождением музыкального сигнала через проводники[3], включая конденсаторы, лампы и транзисторы. Как я уже говорил вам в нашем недавнем споре („АМ” № 4 (5) 95, с. 5), сигнал в проводнике расщепляется на несколько составляющих, которые распространяются по нему с разной скоростью.

Рис. 4

Наблюдается так называемое многопутевое распространение сигнала. Прохождение сигнала через проводник можно представить с помощью сигнального графа (см. рис. 4а). На нем А - передача сигнала со скоростью света и с практически неизменной амплитудой; В, С, D - передача сигнала с разной задержкой и разным коэффициентом, скажем, на два порядка меньшим, чем по пути А.

Вряд ли при прохождении через такой проводник синусоидального сигнала можно заметить какие-либо изменения на его выходе. Изменения можно было бы обнаружить на музыкальном сигнале, однако подобные измерения еще не научились делать.

О.: Интересно, почему же провод реагирует на музыкальный сигнал и не реагирует на синус?

А.: Причина в том, что музыкальные сигналы отличаются от синуса гораздо большей изменчивостью[4].

Неожиданные амплитудные всплески, динамические переходы от одного гармонического состава к другому наиболее важны при восприятии музыки. Именно они придают звучанию живость и энергичность. При многопутевом распространении сигнала в проводниках, в частности в цепях усилителя, участки сигнала с повышенной изменчивостью разрушаются, происходит их фазовая деструктуризация. В этом смысле можно говорить о существовании не обозначенных на схеме усилителя фильтров, ограничивающих или преобразующих изменчивость сигнала. Частным случаем же обозначенного на схеме фильтра изменчивости является обычный фильтр ограничения высоких частот. И все же, если фильтр невидим и при этом не воздействует на спектральный состав сигнала, обнаружить его с помощью стандартных методов измерений не так просто.

Если стандартные методы не готовы „переварить” музыкальные сигналы, то наш мозг справляется с этой задачей вполне удовлетворительно. Когда вы сравниваете звучание кабелей, то в первую очередь замечаете разницу в ясности передачи деталей, интонационного рисунка и динамики. Области частот, в которых плохо передается изменчивость сигнала, звучат вяло, невыразительно, тихо, а область, в которой изменчивость хорошо слышна, начинает доминировать, хотя на АЧХ кажущийся подъем и не обнаруживается.

О.: Мне кажется, вы снова увлеклись тестированием кабелей. Лучше расскажите, чем же вредна ООС?

А.: Да, пожалуй. Но именно высказанные мною соображения помогут нам разобраться в этом вопросе. Изобразим некий гипотетический усилитель с ООС в форме сигнального графа (рис. 46). У этого усилителя прямая ветвь имеет два пути прохождения сигнала: один имеет мгновенную передачу А, инвертированную по фазе, а другой с передачей В (где |B|<<|A|) задерживает сигнал на время. Обратная связь с передачей  возвращает сигнал мгновенно. Коэффициент передачи через этот гипотетический усилитель короткого импульса в момент t=0 можно представить соотношением

а в момент для этого же импульса - соотношением

.

На этом процессы в петле ООС не заканчиваются. Дело в том, что последний отклик через ООС снова возвращается на вход усилителя и вызывает дополнительный отклик в момент :

Получив дополнительную задержку, сигнал снова попадает на вход усилителя, и так далее. В результате вмето двух откликов на один импульс на выходе усилителя с ООС будем иметь их бесконечное множество с затухающей во времени амплитудой:

Оказывается, что при бесконечном числе обходов петли сигнал достаточно ощутимо размывается во времени. В случае общей петли ООС речь может идти о времени размывания от 100 мс и более, и поэтому наиболее заметным последствием действия на звук общей ООС является ухудшение динамики и ослабление энергичности звучания музыки.

Именно теперь можно понять, почему местные ООС лучше ведут себя на звуке, чем общие. Более короткий путь сигнала в петле, как следствие меньшие по величине задержки - в итоге более короткий период размывания сигнала. Однако не стоит обольщаться: ведь и в этом случае сигнал разрушается, причем страдают его наиболее изменчивые участки.

Описанные явления усугубляются, когда выше определенной частоты (так называемого доминирующего полюса) петлевое усиление начинает падать с наклоном 6 дБ/окт[5]. Напомню, что частота доминирующего полюса у большинства усилителей с глубокой ООС расположена в диапазоне частот от 2 до 5 кГц, а в операционных усилителях на микросхемах от 50 до 300 Гц.

То, что снижение частоты доминирующего полюса и попадание его в звуковой диапазон плохо сказывается на звуке, впервые заметили Я. Лохстрох и М. Отала (1973), однако они объясни­и это явление образованием ТIМ-искажений[6], больше чем на десятилетие введя в заблуждение не только аудиофилов, но и разработчиков усилителей звуковой частоты.

На самом деле это явление можно объяснить в свете представлений о размывании сигнала петлей ООС. То, что ООС начинает хуже функционировать, когда петлевое усиление зависит от частоты сигнала, можно представить наглядно, рассмотрев работу нагруженного на реальный громкоговоритель усилителя, выходное сопротивление которого имитируется с помощью ООС.

Рис. 5

Если на вход такого усилителя подать вспышку тона (рис. 5а) с частотой заполнения, равной частоте основного резонанса громкоговорителя, то, стремясь воспроизвести ее на выходе, усилитель сформирует в прямом пути петли ООС сигнал (управляющий токами выходных транзисторов), который имеет вид, показанный на рис. 5б. На этом рисунке кружком обведен скачок фазы управляющего сигнала, который возникает в ответ на попытку громкоговорителя продолжить свои колебания на резонансной частоте.

Сравнивая рис. 5а и рис. 5б, можно увидеть, что изменчивость управляющего сигнала (внутри петли ООС) должна быть больше, чем у сигнала, действующего на входе усилителя.

И все было бы не так плохо, если бы изменчивость сигнала не ограничивалась „невидимыми” фильтрами внутри петли ООС. Однако именно из-за этого ограничения в момент прекращения вспышки тона управляемость усилителя нарушается, а сигнал на его выходе будет зависеть от хранящихся в памяти петли ООС, но уже прошедших ранее сигналов. Эта зона не совсем предсказуемого поведения усилителя обведена кружком на рис. 5в.

Отсутствие ясности и чистоты баса - это то, что в итоге имеет владелец усилителя (неважно, лампового или транзисторного), выходное сопротивление которого имитируется с помощью ООС.

О.: Я долго вас слушал и понял, наконец, что вы настоящий объективист. Ведь сначала вы все объясняете и после этого рассказываете, как это должно звучать.

А.: Да, много лет назад мне пришлось наблюдать описанные явления на макете усилителя „Бриг”. Тогда я не смог разобраться, почему окончание вспышки тона в области нуля искажается, однако именно в то время я сделал первый шаг в сторону субъективизма. Я доверился своим ощущениям, когда услышал, как включение параллельно выходу усилителя (и одновременно громкоговорителю) резистора 4 Ом, вопреки господствовавшим тогда представлениям, улучшило звучание баса. Понять, в чем тут дело, мне удалось только 20 лет спустя.

···

В заключение я хочу остановиться на вопросах, которые, по-видимому, забыл задать Объективист.

Есть ли все-таки ощущаемое различие в звучании ламп и транзисторов?

Как объяснить, что простенький домашний усилитель на лампах „исправляет” студийную звукозапись, выполненную на транзисторном оборудовании?

Вопросы эти, судя по всему, будут долго витать в воздухе и исчерпывающего ответа не получат.

Во-первых, очень трудно поставить чистый эксперимент, в котором без изменений электрической схемы лампу можно было бы заменить на транзистор. Кроме того, лампа лампе рознь (то же самое, наверное, можно сказать о транзисторах). Например, лампы одного типа, полностью совпадающие по конструкции, но изготовленные разными фирмами, звучат неодинаково. Вряд ли вакуум в ГДР хуже, чем в других странах, но именно лампы, изготовленные фирмой „RFT”, звучат почти так же, как транзисторы. Думаю, причина в том, что плохо очищаются от примесей материалы, используемые для изготовления электродов лампы. Пусть скажут, что я фантазирую, но лампы с большим по размеру анодом имеют более привлекательное звучание, чем с маленьким, характер звучания последних более жесткий и визгливый. В этом легко убедиться, заменив в предусилителе лампу ЕСС83 на другую того же типа, но с большим (или меньшим) анодом[7].

Маленький анод лампы - маленький кристалл транзистора: быть может, в этом разгадка феномена? Или причиной является „отравленный” мышьяком или индием кристалл кремния? А p-n-переходы в этом кристалле, надо полагать, тоже что-то значат? Но все это - из области предположений. Достоверных данных о специфике звучания ламп и транзисторов, так же как и объяснений ей, пока нет.

Теперь о „ламповой чистке” транзисторных звукозаписей. Думаю, что здесь имеет место эффект гармонизации тракта „запись - воспроизведение”. Усилитель на лампах с большим анодом довольно часто выделяет и даже „облагораживает” область частот от 400 до 600 Гц, возвращая таким образом слушателю „потерянную” деку скрипки, фундамент певческого голоса и даже насыщенность tutti симфонического оркестра. Налицо гармонизация тракта по тональному балансу.

Другая особенность ламповых усилителей - это приятная интегрированность их звучания, благодаря которой происходит как бы очистка транзисторных записей от раздражающих слушателя шероховатостей.

Этот эффект действительно можно иногда наблюдать, но одновременно из записи исчезают тонкие детали и штрихи. С моей точки зрения, выразительность звучания просто заменяется на большую комфортность. Но вполне естественно, что слушатель желает иметь определенный баланс между проработкой тонких деталей и интегрированностью звучания, которую музыканты часто называют „связностью” (coherency). Кстати, при „живом” звучании музыки подобный баланс достигается специально подобранным соотношением прямого звука и реверберации в зале. Однако зачем что-то менять в естественном балансе? Как оказалось, транзисторные записи действительно привносят в воспроизводимую музыку дополнительную жесткость и шероховатость, особенно в верхнем регистре. Причиной, как мы уже показали, являются гармонические и интермодуляционные искажения высших порядков. Немудрено поэтому, что слушатель предпочитает более интегрированный, чем при „живом” исполнении, характер звучания записей.

И все же для рассмотренной нами „чистки” транзисторных звукозаписей совсем не обязательно применять лампы. Из моего личного опыта следует, что похожий эффект может быть получен умелым подбором межблочных и выходных кабелей. Достаточно убедительный результат получается, если использовать провода типа OFC. Однако если в записи отсутствуют динамика, ясность, пространственность и натуральность, то ни лампы, ни кабели уже не помогут. Перечисленные мною признаки хорошего звучания в такой записи, по-видимому, утрачены навсегда.

Выводы

Так существует ли в действительности феномен транзисторного и лампового звучания? Думаю, что на интуитивном уровне можно отдать предпочтение лампе, как вакуумному проводнику, перед имеющим кристаллическую структуру транзистором. Однако, кроме малоубедительных результатов прослушивания, данных, что транзистор при правильном его использовании звучит хуже, чем лампа, нет.

В то же время среди разработчиков „хай-эндовых” усилителей постепенно сформировалось мнение, что дело вовсе не в транзисторах, а в ООС, без которой не обходится ни один усилитель на транзисторах. Стало ясно: ООС разрушает музыкальный сигнал.

Объяснение это пришло, когда выяснилось, что в петле ООС циркулируют запаздывающие копии сигнала. Причиной образования этих копий стали сложные физические явления в проводниках и других используемых в усилителе элементах.

Как это ни парадоксально, вред от ООС в усилителях оказался большим, чем применение в них такого анахронизма, как выходной трансформатор.

Если же усилитель на лампах выполнить в схемотехнике, близкой к транзисторным усилителям (то есть начать применять ООС), то преимущество ламп перед транзисторами будет сведено на нет.

Косвенным подтверждением этого можно считать постепенное исчезновение с аудиорынка сложных ламповых усилителей типа „OTL” (с бестрансформаторным выходом) по цене от 4 до 10 тысяч долларов и одновременное появление на нем простеньких усилителей на триодах с трансформаторным выходом по цене больше 200 тысяч долларов.

Думаю, что, если в транзисторном усилителе удастся когда-нибудь полностью избавиться от ООС, ламповый барьер будет преодолен.


[1] Полевой транзистор может быть поставлен в такой режим, при котором температурный коэффициент будет равен нулю.

[2] Подробно о тепловых искажениях см. мою статью в журнале „Техника кино и теле­видения”, 1987,№ 6,

с. 10-17.

[3] Следует говорить даже не о самом про­воднике, а о почти невидимых, однако фи­зически существующих структурных барье­рах в проводнике, а также о барьерах в месте соединения проводников.

[4] Для специалистов: изменчивость сигнала имеет строгое математическое толкование и означает текущий интеграл модуля второй производной по времени сигнала, просматри­ваемый через скользящее „временное окно” субъективного восприятия (об этом см.: С. Мэзон, Г. Циммерман. Электронные цепи сигнала и системы. М., 1963, с. 246-250 и др.)

[5] Плавное (с наклоном 6 дБ/окт) ослабле­ние петлевого усиления на высоких частотах необходимо для того, чтобы обеспечить устойчивую работу усилителя с ООС.

[6]  ТIМ (Transient Intermodulation distortion) возникают в результате „жесткого” ограниче­ния скорости изменения сигнала на участке прямой ветви ООС до звена, формирующего в ней доминирующий полюс. Музыкальные сигналы, скорость которых так велика, что может оказаться ограниченной в стандартном усилителе с ООС, в природе не существуют.

[7] Двойной триод ЕСС83 производится в трех вариантах конструкции, с высотой ано­да 11, 14 и 16мм.


А. Лихницкий. АМ № 1 / 1996



Комментарии к статье:

  Добавил:  Пиздюлятор аудиодрочеров
Я Пиздюлятор аудиодрочеров говорю что вы уебки
  Дата: 2016-03-28
  Добавил:  ff3t
Написано что "лампа (триод) превосходит транзистор в части удобства согласования своего внутреннего сопротивления с громкоговорителем." Не очень разбираюсь в теории, поэтому не понятно это утверждение. Как известно транзисторы имеют низкие входные и выходные сопротивления, поэтому динамики подключаются в транзисторных усилителях напрямую, что явялется их преимуществом. Лампы же имеют высокие входные и выходные сопротивления, поэтому динамик подключается через выходной согласующий трансформатор, что на мой взгляд является недостатком лампового усилителя. Поэтому я не понимаю почему здесь сказано что лампу удобнее согласовывать с динамиком чем транзистор, мне кажется что как раз наоборот.
  Дата: 2016-01-11
  Добавил:  Витя
Хороший звук понятие относительное и субъективное. Звук зависит еще от музыкального жанра и акустики, а не только от лампы или транзистора, в каком-то случае у лампы будет преимущество в каком-то нет. Явное преимущество лампы можно увидеть в радиопередающих и радиоприемных устройствах на высоких частотах, где высокое входное и выходное сопротивление ламп, стабильность межэлектродных емкостей и термонезависимость, низкая чувствительность к перегрузкам и перепадам напряжения, возможность работы на несогласованную нагрузку, меньшее количество каскадов и более простая настройка по сравнению с транзисторными каскадами дают о себе знать.
  Дата: 2015-11-25
  Добавил:  Николай
Транзистор не для хорошего звука. С этим нужно согласиться. Здесь нужна лампа.
Но, там, где качество не очень важно. Там, где важно потребление, миниатюризация, цена изделия, там без транзистора не обойтись. Микросхемы появились благодаря транзистору. В цифровых схемах и переключательных схемах без транзистора не обойтись.
Категорично ничто отвергать не следует. Где нужно применяйте транзистор, где нужно - лампу, где нужно - микросхему...
  Дата: 2015-11-23
  Добавил:  Вадим
Не знаю, как Вы я прочитал эту статью, через 5 лет, судя по последней записи, интерес к лампам не утих, время расставляет Своё
  Дата: 2015-03-19
  Добавил:  Горейко Николай
Интересно получается. Там, где лампа попала в *опу, тишина:
-мобилы,
-планшеты,
-супер-мини камеры, скайпы,
-усилители радиоастрономии (криоген)!...
А вот установить сверху коробочки блестящей с золотыми проводочками радиолампы и СОДРАТЬ ТЫЩУ БАКСОВ - здесь хор продажных голосов :)
В ремонте "хаты" тоже хор голосов, только здесь уже за "новое". Новые унитазы красивее, но основную функцию выполняют хуже...
ДЕНЬГИ никто не даёт даром, за работу дают мало, а кредиты предлагают на каждом углу!
ОБЩЕЕ: там, где можно выловить лоха и наварить - будут звучать ангельские голоса агитаторов!!
  Дата: 2013-11-10
  Добавил:  Леонид-слухач
Уже сейчас катастрофически уменьшилось
кол-во людей не только обладающих слухом, но и элементарной грамотностью. По-моему она сочетается с профессионализмом и знаниями.
А уж прочитать свою писанину - так уж вовсе непосильная задача. "Инженеры, знатоки"....вы себя именно такими считаете?
  Дата: 2013-09-26
  Добавил:  boreva
соберите Квод-405 и слушайте музыку(лампа отдыхает!!!)
  Дата: 2013-09-15
  Добавил:  томb
Недавно откопал в сарае старенький ламповый ящик на ножках,ради прикола включил грампластинку и остолбенел от звучания.Чистый,прозрачный звук.Тут же проиграл ту же грампластинку на своём профессиональном центре с деками и цифровыми эквалайзерами.Всё красиво мигает и поёт,а чистого звука нет.
  Дата: 2013-03-27
  Добавил:  том
Недавно откопал в сарае старенький ламповый ящик на ножках,ради прикола включил грампластинку и остолбенел от звучания.Чистый,прозрачный звук.Тут же проиграл ту же грампластинку на своём профессиональном центре с деками и цифровыми эквалайзерами.Всё красиво мигает и поёт,а чистого звука нет.
  Дата: 2013-03-27
  Добавил:  олег из калуги
рад что интерес к лампам не умирает
  Дата: 2013-02-08
  Добавил:  Виктор
Я не буду влезать в теорию - все уже написано.Все что пишут, пусть не обижаются, это уже "вторичный продукт".Я о практической стороне дела.Вот у меня сейчас на ходу три отличных ламповых радиоприемника, которым почти столько лет, сколько и мне.На ходу акустическая система с усилителями на лампах.По 10 ватт в канале, для дома это вполне.У приятелей проф.музыкантов на полном ходу аппаратура на лампах.Судя по выбитым цифрам на табличках они 70-х годов выпуска!Лампы привозил им еще более 30-и лет назад,потом 20-ть потом еще...За них говорить не буду, у меня за те годы пришлось выбросить на помойку брльше дюжины аппаратов на транзисторах (ну и на микросхемах - те же транзисторы, но хуже по общей надежности аппарата).Из них мощных УЗМЧ неск.штук.Чинить такую хреновину это целая проблема.Про совейский хлам и не говорю.Проще выбросить сразу и не тратить попусту время.Я по началу пытался это делать...Жалко убитого времени.Живем один раз!Мои знакомые имеющие кафе, рестораны и прочие заведения просто дают команду - выбросить на помойку! Я периодически возмущался.Да что вы, отвезу отремонтировать или сам сделаю.Привозишь.Ковыряется некто,через пол-часа. Обьявляет - мужики ремонт Вам станет почти столько, сколько стоит купить новую аппаратуру.Я сам электронщик, практически всю жизнь.Тут получается как в старом анекдоте - с отдыхающем и таксистом на "югах".Вам "шашечки" или ехать Я за - ехать.В выходные поеду забрать оставшийся в наследство от друга "лендлизовский" всеволновый радиоприемник.До сих пор "пашет" отлично.Ящик с ЗИП-ом.Лампы в продаже есть.Утром,по дороге заеду на "радио-барахоловку".По субботам там полный - аншлаг.
  Дата: 2012-09-14
  Добавил:  Георгий Николаевич
Я оказывался свидетелем случаев когда за несколько минут перед выступлением или во время концерта "дох" УЗМЧ. Замена вышедьшей из строя лампы занимала буквально минуты.Большинство из слушателей или гостей, даже и не замечало заминки .Представьте ситуацию с подыханием УЗМЧ на полупроводниках! Сколько займет времени ремонт УЗМЧ на полупроводниках. Включая процесс разборки-сборки определения неисправности, установку новых элементов и т.д. ?
  Дата: 2012-08-21
  Добавил:  Антон
Я бы возразил Владимиру.В те годы по которым он, как понимаю настальгирует, я был как раз тем кто только начинал приобщаться электронике.Таких как я, что тогда были считаные единицы, что сейчас. Сужу по своим отпрыскам и их сверстникам. Возможностей у них сейчас несравнимо больше, чем было тогда у нас. Сейчас родители имеют возможности могут им помогать несравнимо больше чем могла позволить родители тогда.Большой тяги не у них, ни у сверстников заниматься конструированием или чем то вообще не наблюдается.Ламп и прочих радиодеталей навалом.Есть большой рынок где можно купить и недорого радиолампы явно со складов в заводских коробках.Не говоря прочих деталях Обидно - тогда у нас ни черта не было, единицы но пытались что то делать.О таком спортивном снаряжении, что сейчас доступно, мы тогда и не мечтали.Мы просто про него не знали.А ламповая аппаратура мне действительно по душе.Не из за "моды", которой я не наблюдаю, а из за параметров.
  Дата: 2012-07-18
  Добавил:  Сергей
Народ.Думаю, дело не в моде.Музыканты - чаще всего люди со слухом.Заказывают то, что им нравиться.Прошлым годом собрал приятелю профессионалу установку, взамен разбитой по пьяне "зенитовскими" хулиганами.В этом году его коллеги заказали так же ламповую, но по другой схеме.В принципе есть заказы до конца года.Проблема во времени и технических возможностях.И с тем, что продавцы задрали цены не полностью согласен.Арендная плата людоедская.Все дорожает - не Вам обьяснять.Спрос есть, такие и цены.По поводу транзисторных схем усилителей, из них мне нравилась схема использовавшаяся в ГДР-овских приемниках "Apart","Transmiranda" "Wagant" и некоторых других. Выходной каскад в режиме А, схема по сути с динамической нагрузкой на двух последовательно соединенных транзисторах.Ни одной межкаскадной обратной связи.Неоднократно ее повторял.Постепенно усовершенствовал.Применял более современные транзисторы.Увеличил ток выходного каскада с 0,23 А до 1 А.Для условий дома вполне достаточная мощность.Нравилась еще одна схема первый раз увидел ее в журнале "Radio und Fernseen Elecktronik", ее повторял уж не упомню сколько раз.В совдепии ее как водиться передрали и выдали за плод своего творчества.Как бы то ни было схема очень нравилась.А так конечно лампы.Просто и надежно.Если человеку медведь на ухо не наступил, то он обычно сразу отличит ламповый звук от транзисторного.
  Дата: 2012-07-17
  Добавил:  Владимир
Можно много приводить доводов в защиту и отрицание приемуществ и недостатков лампового звучания. Во времена моей пионерской юности, я дома и в радиокружке изготавливал различные конструкции на радиолампах. Кроме пайки электрической схемы, приходилось изготавливать шасси и корпуса. Хотелось сделать так, что-бы приятно было пользоваться самому и не стыдно показать и похвастаться перед другими. Кто хоть раз сделал что-то своими руками, тот поймёт мои мысли. Сейчас идёт возврат к давно забытым схемам и схемным решениям. Создана своеобразная мода на ламповые усилители. Схемы усилителей многократно копируются, и каждый автор, после незначительных изменений, претендует на значительное улучшение параметров. Иногда на форуме выкладывают изделия, на которые стыдно смотреть. Какие-то бесформенные ящики, говорят под "ретро". Жаль только, что на волне модного увлечения лампами, продавцы радиодеталей задрали цены так, что школьникам невозможно приобщиться к радиоконструированию.
  Дата: 2012-05-08
  Добавил:  Александр
Согласен! Производители радиоаппаратуры для увеличения уровня продажи своей продукции идут на всё. Как это отражается на качестве звучания ещё требует проверки. Предлагаются шасси из безкислородной меди, конденсаторы с ручной намоткой обкладок и изоляционной плёнкой или бумагой. Больше всего мне понравилось сообщение, что фирма предлагает обмотки трансформаторов из серебра! Это предлагала одна южнокорейская фирма. Доказывали, что уникальный усилитель обеспечивает непревзойдённое зучание. Только не указывалось, при использовании каких динамиков или звуковых колонок можно ощутить обещанное непревзойдённое звучание. Цена этих аппаратов не была указана видимо из-за природной скромности и врождённой стеснительности.
  Дата: 2012-05-08
  Добавил:  Анатолий г Хабаровск
Ребята! Что я хочу сказать. Прогресс в развитии науки и техники остановить не получится, как этого не хотите. Ламповая техника была разработана два века назад. Те задачи, которые стояли в то время перед использованием радиоламп, лампы достойно выполнили. Честь им и хвала! Техника ушла далеко вперёд. Как воспоминание, лампы могут использоваться в любительской практике, но не следует преувеличивать их достоинства. Сравнивать достоинства и недостатки ламп и достоинства и недостатки транзисторов, как известно некорректно. Конструкции на лампах и транзисторах всегда будут использоваться независимо от их достоинств и недостатков. А звучание схем при использовании электронных ламп - это субъективное понятие каждого индивидуального слушателя
  Дата: 2012-05-08
  Добавил:  Сергей
Уважаемые господа! Нет проблем- вымрут люди имеющие музыкальный слух.Кончаться запасы ламп.Уйдут на кладбища, те кто-то слышал нормальный звук и вопрос отпадет сам собой.Есть люди имеющие музыкальный слух,есть другие люди(и возможно очень хорошие,но которым "медведь наступил на ухо"). Первые вымрут,плодиться и размножается поколение попсы.Им нужно что-бы громче.Что-бы бухало.Наблюдал один из шабашей на Дворцовой пл.в С-Петербурге.Мужики, но это дико!Большинство обкуреная гопота,запах анаши,исходивший от "меломанов" я учуял еще повернув с Невского пр. к арке Ген.штаба.А если серьезно - у моего хорошего знакомого музыканта,работающего в Питере по "не-недешевым" ресторанам и клубам( вокал и аккустическая гитара)"зенит-гопники" разбили стойку с аппаратурой.Я ему восстанавливал разбитое.За те деньги,что ему пришлось "вбухать" в востановление можно купить хорошую иномарку,с пробегом несколько лет. "Только те лампы.Только та схема. Сергей - ты понимаешь,это мой хлеб".Предложи, я ему транзисторный усилитель- думаю он перестал-бы со мной здороваться.Я с него денег не брал,пару-тройку раз выпили по рюмке хорошего коньяка.Все пошло на лампы,трансфораторы и.т.д. Плюс человек пол-лета не работал.
  Дата: 2011-12-28
  Добавил:  Генадий
Кто нибудь сравнивал звучание лампового УМЗЧ и транзисторного УМЗЧ Сухова.Н
  Дата: 2011-11-17
  Добавил:  Михаил Наумов
Муть полная.
Вы пытаетесь "ловить блох на теле мамонта". И что самое ужасное - пытаетесь оправдать целесообразность своих действий, да ещё и вовлекаете в это действо других участноков. Что касается стабильности межэлектродных емкостей в лампах - это огромное заблуждение. А эффект изменения ёмкости затвор-исток в полевом транзисторе вы обнаружите только на высоких частотах(порядка 1МГц, не говорю про все полевые транзисторы, а лишь те, которые используются в современных профессиональных усилителях). Наличие обратной связи необходимо, как минимум, с точки зрения логики. Если Вы хотите, чтобы выходной сигнал соответствовал входному, то выходной сигнал нужно как-то сравнивать со входным(вспомните хотя-бы теорию ПИД-регулирования), В ламповом усилителе такого контроля нет, и, как результат, большой КНИ.
  Дата: 2010-12-11
  Добавил:  Alex
Хорощая статья.
В свое время я перепробовал множество схем транзисторных усилителей.
Все не играли. Кроме одного, описанного в журнале Радио. Статья «Феномен транзистороного звучания», автор Митрофанов (не помню инициалов, к сожалению. Статья начала 80-х.
Схема не для повторения, сырая, но я как-то увлекся разными экспериментами. И вот результат был таким — прекрасно звучаший усилитель при условии, что АЧХ без ООС ограничена на частоне не менее 20 кГц. У меня было 30. При этих частотах нужно было обеспечить нужную устойчивость, что было довольно трудной задачей. Кроме того, для обеспечения надежности потребовалось ограничить входной сигнал, чтобы не происходило ограничение в выходном каскаде (транзисторы при выходе из режима ограничения сигнала выходили из строя). Много всяких частных мелочей пришлось сделать, но усилитель действительно заиграл, особенно звучали средние частоты — мягко, натурально...
  Дата: 2010-10-28
  Добавил:  Константин
Полностью согласен что звук убивается ООС но только общей. На счет местных не согласен. Лампы сами по себе имеют местную обратную связь и тем не менее хорошо звучат. Причем внутренняя обратная связь в триодах весьма не слабая.
По-моему, во многом ламповые усилители выигрывают благодаря высоким искажениям по второй гармонике, которые будучи на актаву выше воспринемаются не как искажения а как обогощение спектра. Так что вопрос в том является ламповый звук предпочтительным в силу большей точности или же просто он более приятен за счет обогащенного спектра остается открытым.
На счет выходного сопротивления усиителей, так же вопрос очень даже спорный так как на разных участках спектра требования к выходному сопротивлению, собственно, противоположные. Для воспроизведения низских частот предпочтителен источник напряжения, в то время как для средних и высоких значительно лучше бы иметь источник тока.
И вообще не корректно сравнивать ламповые схемы с трансформатором на выходе с транзисторными.

Хотя все это по большей части хотя и нужные рассуждения, но вовсе не обьясняющии что лампа лучше транзистора
по-моему дело просто в грамотном применении как ламп так и транзисторов. И если забыть о магии то одинаково удачные усилители возможны как на лампах так и на транзисторах, причем последнии не будут более сложными чем ламповые.
  Дата: 2010-10-22
  Добавил:  Vlad
Благодарность за краткость и ясность изложенного!
  Дата: 2010-08-18
  Добавил:  John Warner
Мой дядя был правл, когда в детстве дал мне книгу Борисова и заставил забыть про транзисторы...
  Дата: 2010-01-28
  Добавил:  Кирилл
О, спасибо! очень помогло!!!
  Дата: 2009-11-19
  Добавил:  Юра Евдокимов
Думал ли дедушка,что когданибудь вспомнят о лампах.
  Дата: 2009-11-15

Добавить комментарий:

Ваше имя:
Комментарий:
Защита от
автозаполнения: 
 


 

При перепечатке материалов ссылка на первоисточник обязательна

© 2006-2017 www.radiolamp.ru

Счётчик тИЦ PR Яндекс.Метрика