0
В корзине пусто!

Закрыть

Когда лампа лучше, чем транзистор.

  • 09 марта 2015 18:11:39
  • Отзывы : 0
  • Просмотров: 1844
  • 0
 

 

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 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 точки зрения автора статьи, всего этого вполне достаточно, чтобы предпочесть ламповый усилитель усилителю на полевых транзисторах, а последний — усилителю на биполярных транзисторах.

Источник: http://www.radiolamp.ru
 
 
 
 
Powered by SEO CMS PRO ver.: 15.3 (Professional) (opencartadmin.com)
 
Оставить отзыв ↓
 
Ещё никто не оставил отзывов к записи.
 

Создание интернет магазинов by Denchis
Ламповые усилители Sansui © 2018

Яндекс.Метрика