Saját építési tapasztalataim
A félvezetős erősítők építésének szenvedélye számomra mintegy tíz évvel ezelőtt kezdődött. Addig is hifiztem, modifikáltam meglévő Orion erősítőimet, de ez kimerült a feszültségek stabilizálásában, kábelek csereberéjében. Azután egy barátom, Kovács Péter elhatározta, hogy épít egy hídkapcsolású erősítőt, mert úgy hallotta, hogy ezek jobban szólnak a szimpla elektronikáknál. A kísérlethez egyszerű konstrukciót keresett, hogy ha nem válik be, ne menjen sok munka és pénz veszendőbe. Kiválasztott Sipos Gyula könyvéből (Hi-Fi erősítők építése) egy nagyon egyszerű elektronikát, egy 10 wattos A-osztályú erősítőt, amely csak négy tranzisztorból állt.
63. Ábra
Ezt az erősítőt tapasztalataim szerint szinte minden amatőr megépítette kis hazánkban, és szerte a világban, de magas disszipációja és kis teljesítménye miatt sokan lemondanak róla. A véletlen pedig úgy hozta, hogy Péternek sikerült egy kiváló hangú elektronikát „kifognia". A kapcsolást eredetileg 1959(!)-ben publikálta J. L. Linsley Hood. Nevezzük ezért a továbbiakban Linsley-nek.
Linsley működési elve
Ez az erősítő egy tápfeszültséggel működik, bemenetén és kimenetén is csatolókondenzátorral. Ezek minősége a hangzást jelentősen befolyásolja. Ebben a kapcsolásban a kondenzátorok azonban "előfeszítést" kapnak, vagyis működés közben jelentős egyenfeszültségre vannak kapcsolva, ezért torzításuk kisebb. Érdekes, hogy az erősítő bemenetén is nagy tokozású és relatív kis bétájú 2N2905-öst javasol az eredeti kapcsolás (amely hőtorzítás szempontjából kedvezőbb, mint pl. egy BC107-es). Működési sémája hihetetlenül szellemes, ugyanis a legtöbb alkatrész egyszerre több funkciót is ellát. Legérdekesebb, hogy a végtranzisztorok nyugalmi áramát nem feszültséggel, hanem a bázisáram szabályozásával állítja be. Az R6 és R9 ellenállások, amelyek a feszültségerősítést végző nagyjelű T2 tranzisztor kollektorellenállásai, egyben meghatározzák a végtranzisztorok bázisáramát, vagyis végső soron azt, hogy mennyi áram folyjon rajtuk. T4 bázisárama keresztülfolyik T2-őn, sőt gyakorlatilag megegyezik azzal T2 bázisárama viszont T1-en folyik át. T1 árama pedig átfolyik a visszacsatolást végző R7 ellenálláson, amely azonban egyben így T1 nyugalmi áramát is biztosítja. Gyakorlatilag ennek az erősítőnek minden tranzisztora árammal (is) van vezérelve, sőt, a meghajtások impedanciája megegyezik a meghajtott impedanciákkal, tehát a kapcsolás teljesítményillesztett. A két azonos típusú végtranzisztor ellenütemű meghajtását a feszültségerősítő fokozat biztosítja, ráadásul úgy, hogy a felső nagyobb bemeneti ellenállású T3-at nagyobb, a kisebb bemeneti ellenállású T4 tranzisztort viszont kis impedanciával hajtja. Ennek az erősítőnek nincs nullátmeneti torzítása, mivel mindkét végtranzisztor tiszta A-osztályban dolgozik. Az áramkör rendkívül stabil, gyakorlatilag még rövidzárvédett is, ugyanis a végtranzisztorok bázisáramát eleve lekorlátozza a meghajtófokozat kollektorellenállása. Torzítása csekély, sávszélessége széles, a kondenzátorok értékétől függően akár 1Hz-100kHz is lehet. Tapasztalataim szerint célszerű a kapcsolásba a végtranzisztorokat úgy válogatni, hogy a felső T3 végtranzisztor bétája kettő-ötszöröse legyen az alsó T4 tranzisztorénak, ezzel nagyobb kivezérelhetőséget érünk el. Ennek az az oka, hogy a kimenet negatív irányú kivezérlése esetén, mikor T4 árama nő, R6, R9 nagyobb áramot biztosít, mint a pozitív tartományban.
Péternek akkoriban két erősítője volt odahaza, egy Orion SE 260-as, és egy eredeti Radford eletroncsöves. Linsley már aszimmetrikusan is egyértelműen jobb hangminőséget produkált mindkettőnél. Szinte hihetetlen volt, hogy négy tranzisztor és néhány ellenállás ennyire „leszóljon" egy gyári elektronikát. Péter bíztatott arra, hogy én is építsem meg. Volt otthon egy nagy hűtőbordám, ezen helyezkedett el korábbi kísérletem tárgya, négy stabilizátor a saját Orion SE 260-asomhoz. Mivel nekem ott nem vált be, szétszedtem, és felépítettem rá a Linsley-t. Az egész alapja egy textilbakelit lap volt, ami a csavaros kivitelű buffer kondenzátorokon állt. Nagyon ronda volt.
Az erősítők építésének sok elkeserítő és bosszantó, sőt dühítő pillanata lehet, és azokért a boldog percekért (órákért) amelyeket egy elkészült erősítő jelent, sokszor keservesen meg kell szenvedni. Az elektronikai építés látszólag unalmas pepecselése rendkívül izgalmas tud lenni. Maga az "élesztés", vagyis az áramkör első bekapcsolása felér egy adrenalinkúrával. A konstruktőr keze ilyenkor remeg, a tenyere izzad, a szíve zakatol. A tét nem kisebb, mint hogy néhány hét munkája percek alatt füstté válik. Persze az idő mindenki számára meghozza a szükséges rutint, de a legnagyobb elővigyázatosság mellett is előfordul, hogy valamit nem jól kötünk be, rosszul kalkulálunk, vagy kihagyunk munkafázisokat. A jobbik eset ilyenkor, ha a konstrukció nem "éled fel", rosszabbik esetben a készülékből felszálló füstfelhő és amperszag figyelmeztet nagyobb körültekintésre. Akkoriban, az első erősítőmnél szerencsém volt, füst nem jelentkezett, a berendezés működőképes volt.
Az első modifikációk
Péter közben modifikálta Linsley-t. Az új kapcsolást hívjuk Linsley2-nek. A módosítás több kapcsolási részletet érintett, de a leglényegesebb az volt, hogy eltávolította az utánhúzó kondenzátort (C4) belőle
64. ábra
Ha jobban belegondolunk, erre abszolút nincs is szükség. Ezt a bootstrap (csizmahúzó) kapcsolást azért alkalmazták a korai kapcsolástechnikában, hogy a feszültségerősítő fokozat relatív kis értékű kollektor-ellenállásából eredő kis erősítési értéket növeljék. Ebben az erősítőben valójában erre nincs szükség, mert T2 tranzisztor emitterellenállását T4 bemeneti ellenállása határozza meg, amely 1 ohm körüli értékű. Ennek megfelelően az erősítő erősítése utánhúzással vagy a nélkül is 34 dB, ahogy a szimulációs eredményből látszik. Az utánhúzás nélküli verzió nem tartalmaz kompenzálást, ezért nagyobb a sávszélessége.
65. ábra
Ezen felül T3 bemeneti ellenállása is néhány száz ohm nagyságrendű (bxhangsugárzó impedancia), tehát az utánhúzás amúgy sem hatásos. A modern kapcsolástechnikában ezt a fajta pozitív utánhúzást áramgenerátoros munkaellenállással helyettesítik. Linsley Hood is leközölt egy ilyen kapcsolást jó tíz évvel ezelőtt, de én tartózkodtam megépítésétől, mert féltem a tranziens intermodulációs torzítástól. Csak 1999 tavaszán láttam neki egy ilyen kapcsolás megépítésének, sajnos a hangminőség szempontjából nem sok sikerrel.
A modifikált Linsley hangra kellemesebb volt, bár nem volt akkora különbség, mint korábbi elektronikáink, és az első verzió között. Két Linsley2-ből készítette el Péter a hídba kapcsolt verziót.
66. ábra
Elsődleges célunk az volt, hogy kihagyhassuk a kimeneten lévő nagyértékű csatolókondenzátorokat. A hidas Linsley meghajtására egy közönséges tranzisztor szolgált, amelynek kollektor és emitterkörében ugyanakkora ellenállást helyeztünk el, erről hajtottuk a két végfokot. Volt még egy változtatás: a végerősítők visszacsatolásának leosztó ellenállásait a csatolókondenzátorral együtt (R8, C6) kiszedtük a kapcsolásból. Így csak a szimmetrizáló kétszeres erősítése maradt meg. Ez a CD játszóink 2 voltos kimeneti szintjéről elegendőnek bizonyult a szobahangerőhöz. Természetesen a bemeneteken itt még csatolókondenzátorokra volt szükség. Remix gyártmányú MKT zavarszűrő kondenzátorokat használtunk. Miután mindketten elkészítettük a magunk hidas kapcsolásait, megállapítottuk, hogy újabb hangminőségjavulást sikerült elérni. Tisztább, transzparensebb hangot jobb mélyvisszaadással.
Közben folyamatosan azon gondolkodtunk, hogy miért szólnak jobban ezek az elektronikák napjaink elterjedt kapcsolásaitól. A csatolókondenzátorok elhagyása nyilvánvaló előny, hiszen nincsenek többé a jelútban, de ez önmagában kevésnek tűnt. A válasz egyelőre késett, így tovább kísérleteztünk. A fázisfordító fokozatban lévő bipoláris tranzisztort kicseréltük n csatornás FET-re (BF 244C). A hang ismét javult. Erre magyarázat lehetett a FET nagyobb linearitása, és az, hogy nagy lett a bemeneti ellenállás, illetve nem volt szükség többé bemeneti kondenzátorra.
A következő célkitűzésünk az lett, hogy az egész erősítőt egyenáramúlag csatolhassuk, vagyis teljesen el lehessen hagyni a kondenzátorokat.
Készítettem egy FET-es differenciálerősítőt, ezekkel hajtottam meg a két végfokot. Mivel a bemeneti differenciálerősítő már elegendő erősítéssel rendelkezett, többé a kis erősítés sem jelentett problémát. A kísérlet megint egyértelműen pozitív eredményt hozott minden hangjellemző tekintetében. Ezek után kísérleteinket már csak hídkapcsolású erősítőkkel folytattuk.
Következő lépésként a végfokozatokat feszültségvisszacsatolást nem tartalmazó egyszeres erősítésű A-osztályú konstrukcióval váltottuk fel, tulajdonképpen egy komplementer darlington emitterkövetővel.
67. ábra
A hangminőség tovább javult. Ezek a nyilthurkú erősítők bár gyenge mérési adatokat produkáltak, nagyon jól szóltak. Tapasztalataink és az általunk talált publikációk alapján akkoriban a visszacsatolást okoltuk a „tranzisztorhang" létrejöttéért.
Piret Endre úr cikke
A szakirodalomból (amelyhez akkoriban hozzájutottunk) egyik sem foglalkozott a hangminőség és a kapcsolástechnika összefüggésével, az írások a mérhető műszaki paraméterekre koncentráltak. Azután rábukkantunk Piret Endre egy cikkére a Rádiótechnika 89/12-es számában, amely rádöbbentett minket, hogy tapasztalatainkkal és problémáinkkal nem vagyunk egyedül.
Ebben a cikkben Piret úr első kis teljesítményű erősítőnkhöz hasonló A-osztályú végfok hangjáról úgy vette észre, hogy az sokkal szebben szólt egy lelkiismeretesen utánépített Quad 405-ösnél (Annak ellenére, hogy műszaki adatokban és teljesítményben messze alatta maradt annak). Több más konstrukcióval is összevetették, de mindig ugyanazt tapasztalták: a régi A-osztályú erősítővel összehasonlítva azokat azonnal fel lehetett ismerni kellemetlen színezetségükről. A szituáció kísértetiesen hasonlított az általunk tapasztaltakra.
A cikkben megemlítésre került a tranziens-intermodulációs torzítás (TIM) is, amelyről úgy látszott, leginkább ez tehet a tranzisztoros erősítők csikorgós hangjáról. Piret úr cikkében közölt egy erősítő-kapcsolást, amely szerinte nem produkálja a TIM-et. TIM-et lehet, hogy nem produkált, de mi magunk meghallgattunk egy utánépített verziót, és igenis hallottuk benne a „tranzisztorhangot". Szubjektív benyomásunkat alátámasztani látszik, hogy ő maga is konstruált egy új, jobb hangú MOSFET végtranzisztoros erősítőt, ezt a Rádiótechnika 1996/6-7-es számaiban közölte le. Ez utóbbit nemrégiben módomban volt meghallgatni. Valóban sokkal jobb az eredetinél. Félreértések elkerülésére: az 1989-es verzió is messze felette teljesített az akkor a Keravillban megvásárolható erősítőknél. Válogatott félvezetőkkel megépítve, a konstrukció mélyebb megértése és az azóta felmerült szempontok (hőtorzítás) szerint módosítva érdemes lenne Piret úrnak ezt a konstrukcióját felmelegítenie!
Piret úr első cikkében hivatkozik egy publikációra, melyet Matti Otala úr tett közzé 1973-ban. Otala úr akkori munkássága az erősítők intermodulációs torzításainak csökkenésére irányult. Otala úr cikkéből, egyértelműen kiderül, hogy a TIM létrejöttéért elsődlegesen az erősítőben alkalmazott lag kompenzálás a felelős, amely a feszültségerősítő fokozatot annyira lelassítja, hogy az nagyobb frekvencián túlvezérlődik.
A cikkből világosan látszott: 1973-ban is volt olyan ember, aki tisztában volt a tranzisztoros erősítők kapcsolástechnikájának problematikájával, és tudott is olyan erősítőt készíteni, amely ezen problémák jelentős részét nem produkálta. Az általában elmondható, hogy nincs új a nap alatt: ami beválik kapcsolástechnika szempontjából, előbb-utóbb megtalálhatjuk valamelyik régi elektronikai folyóiratban vagy könyvben.
Otala úr azonban a cikkben nem csak a TIM-re hívja fel a figyelmet, de konstrukciójában van két olyan pont, melyet Piret úr nem alkalmazott saját erősítőjében, és amelyek a hangminőséget jelentős mértékben befolyásolják. Ezek a következők:
Idézném magát Otala urat: "Általános gyakorlat, hogy nagyobb visszacsatolást alkalmaznak egyenfeszültségre, mint váltakozó feszültségre, hogy így látszólag nagyobb DC stabilitást érjenek el. Azonban ez az elgondolás helytelen, mivel elegendő DC stabilitás érhető el ezen trükk nélkül is, helyesen alkalmazott áramköri szimmetriával és hőmérsékleti kompenzálással (kiemelés tőlem). Másfelől a magas DC visszacsatolási érték különleges klippelési és torzítási effektusokat és alacsonyfrekvenciás dübörgést eredményezhet a nyílthurkú B-osztályú erősítés aszimmetriái miatt, amit a visszacsatoló hurkon keresztül a DC szint utánszabályozása minden alkalommal kikényszerít, mikor a jel amplitúdója változik. Ezek az effektusok gyakran detektálatlanul maradnak az általános erősítő méréseknél, mivel csak a burst jeles és a zaj kereszt korrelációs teszteknél jönnek elő, és nem tapasztalhatóak az állandó amplitúdójú szinuszjeleknél. Ezért célszerű DC-re ugyanakkora visszacsatolási szintet beállítani, mint AC-re, és egyidejűleg csökkenteni a nemkívánatos nagy kapacitásokat, amelyek mindig a B-osztályú erősítők hibaforrásainak tünnek."
Otala úr is külön tápellátást használ a feszültségerősítő fokozatnak és az áramerősítést végző végtranzisztoroknak. Ezen eljárás hatása már a harmonikus torzítás akár nagyságrenddel való csökkenésében is meglátszik, és jelentős mértékben javítja a hangminőséget.
Ezeket a szempontokat Piret úr még 1996-ban tervezett erősítőjében sem vette figyelembe.
Otala úr ezen túl két pár végtranzisztort használ kimenetenként. Ez egyrészt csökkenti az erősítő nyilthurkú kimeneti ellenállását, másrészt javítja viselkedési tulajdonságait alacsony terhelőimpedanciák esetén.
Visszatérve a DC-csatolás témakörére, Csáky Frigyes, a szabályozástechnika nagy öregje az 1960-as években megjelent Ipari Elektronika című szakkönyvében a következőket írta:
"...ha a mérőerősítőnkkel szemben támasztott követelmény a jelalak hű átvitele, akkor a legjobb eredményt nagyfrekvenciásan kompenzált egyenfeszültség-erősítőkkel érhetjük el."
A Killer
A hídkapcsolás és a szimmetrikus erősítő között lényeges különbség van. A hídkapcsolásnál ellenütemben hajtunk két végfokozatot, és a két erősítőelemnek megvan a saját, önmagában beállított erősítése. Ezzel szemben a szimmetrikus erősítőnél a konstrukció teljesen nullponfüggetlen, tehát az erősítést mindig az ellenütemben működő fokozat equivalens pontjához képest állítják be. Ilyenkor a differenciálerősítő a konstrukció szerves részét képezi. Nem tévesztendő össze a komplementer szimmetriával, amikor az erősítőn a p és n elemei azonos elrendezésűek (tükörszimmetrikusak a nullpontra), ekkor nullpontszimmetriáról beszélünk.
Sok ember számára a szimmetrikus és a hídkapcsolás ugyanazt jelenti. Pedig a kettő között jelentős különbség, hogy a szimmetrikus konstrukciók közös módusú elnyomása sokkal jobb, így mind a zavarelnyomás, mind az áramköri hibák kioltása sokkal hatásosabban valósul meg. A legjobb példa a működés különbségének szemléltetésére az a játék, amikor a gyermekek megfogják egymás kezét és pörögni kezdenek. Ez lenne a szimmetrikus verzió. Amikor pedig a két gyermek egy földbe állított póznát fog meg, és a körül forognak, ez a hídkapcsolás. Ha egy gyerek forog a pózna körül, ez az aszimmetrikus kapcsolás. Gondoljuk végig, mekkora erőhatás éri a póznát (mekkora áram folyik a nullpotenciálon keresztül) a három különböző esetben. Márpedig a nullpotenciálon létrejövő hibajelek hatása visszacsatolással nem küszöbölhető ki!
A szimmetrikus rendszereknek persze megvan az a sajnálatos hátránya, hogy majd minden alkatrészből kétszer annyi kell, ezzel szemben úgy javítanak a hangminőségen, hogy egyértelműen javul az információáteresztő képesség, és közben a hallgathatóság is jobb lesz. Komoly előnye ennek az eljárásnak, hogy egy-egy elektronikai elemnek (akár aktív, akár passzív) csak fele akkora feszültséget kell szolgáltatnia. Hátrány azonban, hogy a hangsugárzó által produkált terhelés lefeleződik, hiszen egy oldal annak csak "felét" látja. Ez áramnövekedéshez (duplázódáshoz) vezet elsődlegesen a végtranzisztoroknál. A szimmetrikus erősítőknél tehát az áramviszonyokra kell különösen figyelni. További figyelmet érdemel a kimenőellenállás növekedése.
A konstrukciós változtatások hatásaikat természetesen ezekben az elektronikákban is éreztetik. A szimmetrikus elrendezés, vagy egy híd csak arra jelent garanciát, hogy önmaga aszimmetrikus verziójánál szól jobban. Ha a kiindulási pontul szolgáló erősítők rosszul szólnak, a belőlük épült szimmetrikus erősítőnél egy aszimmetrikus konstrukció akár nagyságrenddel jobb hangú is lehet.
A fent említett erősítő a Linsley2 szimmetrizált verziója volt
70. ábra
Látható, hogy bár tranzisztorból nem négy, hanem nyolc kell bele, a kapcsolás igen egyszerű. Egy barátom Killer-nek (Tube killer cső gyilkos) nevezte el, használjuk mi is ezt a nevet. A Killer hajtható szimmetrikusan is, illetve aszimmetrikusan is. Működésének lényege, hogy a visszacsatolókör korábbi leosztását nem a földre kötjük egy kondenzátor segítségével, hanem a szimmetrikus erősítőoldal bemeneti tranzisztorának emitterére. A bemeneti feszültségpotenciált eddig létrehozó ellenálláspárt kisebb értékűre választjuk, és egy virtuális nullpontot hozunk létre úgy, hogy a kimeneti feszültség féltápra kerüljön. Kompenzálásként Miller integrátort használtam, amely a feszültségerősítő tranzisztor kollektorát és bázisát köti át.
Ez a konstrukció hosszú idő után végre komoly előrelépést jelentett hangminőségben (még aszimmetrikusan hajtva is) a nyilthurkú erősítőkhöz képest, és bebizonyította, hogy lehet jó zárthurkú erősítőt is készíteni.
Adódott még egy továbbfejlesztési lehetőség: CD játszóm digitális jelátalakítójának kimenete szimmetrikus. Normál esetben ezt aszimmetrizálják, és ezt a jelet szűrik meg egy aluláteresztő szűrővel. Készítettem egy szimmetrikus szűrőt, amelynek segítségével szimmetrikusan tudtam hajtani az erősítőt. Ebben az esetben a két készülék nullpotenciálját nem kellett galvanikusan összekötni.
A rendszer hangja felülmúlta várakozásaimat. A zene függetlené vált a hangsugárzóktól, sokszor azokon kívülről is lehetett hallani hangokat. Lehet, hogy furán hangzik, de a magasság is érzékelhetővé vált a hangzásképben. Különösen az énekhang vált pregnánssá, általában inkább a hangsugárzók elől szólt, és nem jelentkezett az a hangszétfutásos jelenség, amely eddig amolyan "glóriaként" mindig megjelent az énekes körül. Nem volt érzékelhető többé külön a magas-közép-mély tartomány (élő zenénél sem mondjuk, hogy jó a basszusa vagy jók a magasai).
Néhány napos hallgatás után kezdett feltűnni azért a hibája is, amely azonban minden kis teljesítményű erősítőnek sajátja: azoknál a zenei részleteknél ahol sok hangszer szól nagy dinamikával, hajlamos arra, hogy összekenje a szólamokat.
Több ismerősöm is szerette volna meghallgatni. Mivel műszaki specifikációkról eddig nem beszéltünk, szeretném most közzétenni a mért paramétereket:
Kimeneti teljesítmény (1% THD, 8 ohm): 2,8 watt! Ez volt az egyik legváratlanabb adat, egyetlen ismerősöm sem panaszkodott, hogy kevés lenne a kimeneti teljesítmény. Nekem otthon nem volt többre szükségem. Nagyobb disszipációval egy bizonyos határig növelhető lett volna a teljesítmény, de feleslegesnek tartottam.
Teljesítmény frekvenciatartomány: 0 - 200 kHz (2N3055!! igaz, kis bemeneti kapacitású Farchild típussal)
Intermodulációs torzítás: 0,012 % (bal), 0,024 % (jobb). Ez rendkívül kedvező érték, ez az erősítő ebben is rokonságot mutat az eletroncsöves konstrukciókkal, azoknál is kisebb az intermodulációs torzítás, mint a harmonikus. Azt már korábban is említettem, hogy tapasztalataim szerint a hagyományos intermodulációs torzítás csökkenése a hangképet transzparenssebbé teszi, a szólamok jobban elkülönülnek egymástól, megszűnik a "függöny mögül szól" effektus.
Öt vagy hat ismerősöm különböző összeállításaiban is tesztelték. Diszkózni senki sem diszkózott vele, a szomszédokat sem akarta senki őrületbe kergetni, normál hangerőre pedig úgy látszik a 3 watt elegendő. Aszimmetrikus kimenetű CD játszókkal összekapcsolva csak az egyik bemenetet vezéreljük, és a meghajtó berendezés kimeneti nullpotenciálját a virtuális nullával kell összekötni.
Egy kompromisszumoktól mentes erősítő
Akkoriban úgy gondoltam (és valamennyire még ma is), hogy az erősítők hangját leginkább meghatározó elem a kapcsolástechnika, vagyis hogy milyen elv szerint illesztjük össze az alkatrészeket. Évek óta építettem az erősítőket, egyiket a másik után. Bár mindig jó minőségű alkatrészeket használtam, a legprecízebben megépített darabok is csak igényesebb deszkamodell szintig jutottak el, mert mindig nagyobb jelentőséget tulajdonítottam a kapcsolástechnikának, mint a készülék felépítésének és kivitelezésének, az eredmények pedig valahol igazolták elképzeléseimet. Ennek megfelelően legtöbbször korábbi szériaerősítők dobozába bütyköltem tákolmányaimat. Feleségem megszokta, hogy ne a külső (és a belső) után ítéljen (hanem a hangminőség alapján) de barátaim unszoltak, hogy csináljak egy olyan erősítőt, amely a felhasznált alkatrészek, anyagok minőségét és kivitelét tekintve is kompromisszummentes megoldásra törekszik. Ami ettől az igényeskedéstől visszatartott, az az, hogy ebben az esetben pusztán az alapanyagokra elmegy annyi pénz, amennyiért alapszintű erősítőt lehet kapni. Én pedig átlagosan kéthavonta készítettem új erősítőt, és ha ezeket mindig "kompromisszum-mentesen" készítettem volna el, hát éhen halt volna a család. Tény azonban, hogy láttam (és hallottam) olyan erősítőt, amely kapcsolástechnikájában nem tért el lényegesen egy műveleti erősítőtől, csak rendkívül igényesen lett kivitelezve, és nagyon jól szólt. Végül is azután két dolog miatt vágtam bele. Egyrészt egy ismerősöm (gyenge pillanatában) vállalta az "építkezés" anyagi kockázatát. Másrészt már jó féléve egyetlen új ötlet sem jutott eszembe.
A korábbi tapasztalataim alapján a Killer mellett maradtam. Több dolog szólt mellette:
egyszerű, tehát kevés alkatrész kell bele (olcsó, és könnyebb válogatni),
majd fél tucat működő változatot építettem már belőle,
mindig könnyű volt feléleszteni, és beállítani őket,
hangjukkal még minden ismerősöm elégedett volt.
Egyesek ugyan kifogásolhatják, hogy egy megalkuvást nem ismerő erősítő 2x 5-7 wattot adjon le, de ugye van olyan elektroncsöves csoda, amit ekkora teljesítménnyel milliókért árulnak. A kis hatásfok miatt szerettem volna előre optimalizálni beállításait, hogy a legnagyobb teljesítmény hozhassam ki a kapcsolásból. Az optimalizálásban segített TINA, melyet akkoriban kaptam meg tesztelésre a Designsoft Kft-től.
A Killer erősítő bevitele talán fél órát vett igénybe. Mint már említettem, elsődleges célom a hatásfok optimalizálása volt. Különösen azért, mert azonos bétájú tranzisztorokat alkalmazva ez az erősítő nem tud nagyobb áramot leadni, mint a körülbelül a beállított nyugalmi áram másfélszerese. Lehetséges-e a kivezérelhetőséget növelni a végtranzisztorok bétájának változtatásával?
Alapként a kapcsolás tesztáramkörébe 80-as bétájú TIP33A (BD243A) tranzisztorokat helyeztem el. A meghajtótranzisztor kollektorkörében lévő R2-R3 ellenállásokat úgy állítottam be, hogy a végtranzisztorokon 1 amper áram folyjon.
1 volt csúcsértékű (0,7 V) 1 kHz-es színuszos bemenőjelnél a kimeneti jel (7,2 V) torzítási értéke így már 11% volt. Ezek után a felső tranzisztor bétáját megnöveltem 100-ra, 150-re, majd 200-ra és 300-ra. Minden alkalommal az alsó tranzisztor bétáját úgy optimalizáltattam a programmal, hogy a nyugalmi áram 1 amper maradjon. Az alsó tranzisztorok bétáját, a kimeneti jelnagyságokat és a torzítási értékeket az alábbi táblázat tartalmazza, a görbesereg a jelalakokról pedig az ábrán látható.
Tehát a felső tranzisztorok bétaértékét növelve, az alsókét arányosan csökkentve a kivezérelhetőség jelentősen megnövelhető. Az utolsó esetben 300-as felső 48-as alsó bétaérték jön ki. Ez több mint 1:6-os arányt jelent. Ilyen nagy szórású tranzisztor- típust találni az én tapasztalataim szerint neves gyártó termékei között nem lehet. A gyakorlatban általában egy gyártótól 1:3 szórásnál nagyobb ritkán fordul elő, de mivel a két szélsőértéknél már más paraméterek is szórhatnak, nem szerencsés ezeket választani. Elvben lehetséges azonos típusú, de más gyártótól származó tranzisztorokat beszerezni, de itt is fennáll, hogy más paraméterek is szórhatnak. Én más megoldást választottam. A japán gyártók a félvezetők tokozásán számmal megkülönböztetik a különböző tulajdonságú szériákat. Amúgy sem BD 243-mal akartam építkezni, túl régi típus, a modernek bétájának kedvezőbb a linearitása. A végleges választás a Sanken SC3858 típusára esett. Sikerült két különböző számú szériából néhány százas és néhány negyvenes bétájút összeválogatni (1:2,5 arány). Meghajtótranzisztorként Philips gyártmányú BD139-et használtam (120-as Béta), a bemeneti tranzisztorok Motorola BC556-ok (400-as Béta).
Nagyon fontos ebben a kapcsolásban, hogy a végtranzisztorok válogatásánál nem szabad multiméter bétamérőjével dolgozni, ezek ugyanis 1mA nagyságrendű kollektor-árammal mérnek, és a végtranzisztorok ebben az esetben a valóságosnál sokkal kisebb bétaértéket mutatnak. Éppen ezért én a válogatást mérőkapcsolásban 1 mA-es bázisárammal és a kapcsolásban a tranzisztorokon lévő feszültségértékkel (12 V) végeztem.
73. ábra
Végül a megépített kapcsolás:
Gyakorlati szempontok a belső elrendezésben
Belső elrendezés szempontjából fontos volt, hogy
a hálózati feszültség 230 voltos része minél messzebb legyen az áramköri résztől,
a tápellátás minél messzebb legyen a bemeneti résztől,
a bemenet minél távolabb legyen a kimenettől.
A doboz 2 mm vastag vaslemezből készült, a tápegységrészt válaszfal izolálja az elektronikától.
Az A-osztályú elrendezés miatt oldalanként több mint 2 amper a folyamatos áramfelvétel. Ezért nagy kapacitású puffer kondenzátorokat kell alkalmazni. Általános vélemény szerint több kisebb puffer jobb dinamikus tulajdonsággal rendelkezik, ezért nagyobb áramot biztosít, mint egy nagyobb értékű. Ezért oldalanként 3 db 20000mF-os 40 V-os kondenzátort kapcsoltam párhuzamosan. A kondenzátorok kapcsolóüzemű tápegységbe való, csavaros kivezetésűek, rendelésre gyártotta a Mechanikai Művek. Erre többen a homlokukat ráncolhatják, hiszen a gyár korábbi típusairól mondhatni hírhedtté vált, de ma már a kondenzátoroknak csak a háza magyar gyártmány, minden más nyugati alapanyagokból készül. Nekem jó tapasztalataim vannak velük kapcsolatban, és ráadásul relatív olcsók.
A puffereket 20 mm széles, 3 mm vastag rézsínek kötik össze. Ez az elrendezés olyan szempontból különösen előnyös, hogy a csavarok jó erősen meghúzhatóak annak veszélye nélkül, hogy megforogna a fegyverzet a kondenzátorban.
Egyenirányításra először kettős tokozású Shotky diódákat alkalmaztam. A Shotky diódák nyitófeszültsége kisebb, kapcsolási idejük gyors, kapacitásuk kicsi, így nagy áramok kapcsolásánál jobbak, mint a hagyományos kivitelűek. A kettős tokozás jelentősége abban van, hogy középleágazásos tápellátásnál nem kellett külön vezetékezést használni: a trafó két szekundere a dióda lábaira megy, az pedig a pufferek sínjeire. A rézsíneknek itt megvan az a jelentősége is, hogy jelentősen hűti a diódát.
Természetesen a két oldal tápellátása teljesen független egymástól (dual mono kivitel). A transzformátorok rendelésre készültek, eredetileg 100 wattos toroidok voltak, többszörösen impregnáltak. Alattuk is, felettük is gumikorongot helyeztem el, és a rezgéscsillapítást javítandó a gumilapok és a transzformátor közé szilikonpasztát nyomtam, a csavarok így lettek meghúzva. Utólag kiderült, hogy ez a transzformátor teljesítmény kevés, legalább 200, de inkább 400 wattos transzformátort érdemes választani oldalanként.
Az azonos funkciót ellátó csavarokat nyomatékkulccsal teljesen egyformán húztam meg (tranzisztorok felfogása, puffer-kondenzátorok csavarjai, felfogató-csavarok, stb.) Kábelezésre a Nirvana kimondottan elektronikák belső kábelezésére szánt litze szerkezetű speciális kábelét használtuk. Ezek a kábeleket használják sok amerikai cég berendezéseiben. Majdnem 100 elemi szálból áll össze a mindössze 1 mm vastagságú szál. A forrvégeket speciális eljárással kell létrehozni. Egy erősítőbe 14 darab 15 cm-es vezeték kellett belőle.
A hűtőbordákat rendelésre szállították, hűtési tényezőjük rendkívül jó, méretük 100x150x70 mm.
Az erősítő elkészítése sok időt igényelt. Külön meg kellett rendelni a tranzisztorokat, a hűtőbordákat, a kondenzátorokat, a transzformátorokat. Mikor ezek megvoltak, lehetett megtervezni és legyártatni a dobozt. A sínekkel, csavarozással, rögzítésekkel, fúrásokkal sok óra munka ment el. Az alkatrészek beszerzése rengeteg utánajárást igényelt, a teljes gyártási procedúra több mint három hónapig tartott.
Az erősítő végül is 2x20 wattos kimenőteljesítményű lett (mind 4, mind 8 ohm-ra). Melegedési ideje meglehetősen hosszú, (15-20 perc) hangja akkor válik igazán élvezhetővé, ha elérte az (üzemi) 60 C-fok körüli hőmérsékletet (tojást lehet sütni rajta). Az eredetileg tervezett oldalankénti 80 wattos disszipációból vissza kellett venni, mert nem csak a hűtőborda, de a transzformátorok is melegedtek. Az első összehasonlítás ugyanennek az erősítőnek egy deszkamodellként már működő 5 wattos verziójával történt. Ilyen hosszú készítési idő után meghallgatni egy erősítőt, különösen izgalmas. Talán mondanom sem kell, az első eredmények nem igazolták a várakozásaimat. A régebbi verzió kellemesebb volt. Természetesen az elektronikának is van egy beégési ideje, ebben az erősítőben pedig minden elem vadonatúj volt. Ez azonban nem indokol ekkora hangminőségbeli különbséget. Ezért keresni kezdtem a hibákat.
Odahaza egy 20 MHz-es oszcilloszkópom van. Ezen semmi probléma nem látszott, de mikor sikerült az erősítőt egy 100 MHz-es digitális oszcilloszkóppal megnézni, kiderült, hogy UHF tartományú gerjedése van 103 MHz-en (Danubius?). Ennek oka az volt, hogy a felső végtranzisztor bázisára csatlakozó Miller integrátor a meghajtófokozat kimeneti impedanciáját túlságosan lecsökkentette, és az emitterkövető így oszcillálni kezdett. Ennek kiküszöbölésére a kompenzáló kerámia kondenzátorokkal egy 510 ohm-os ellenállást kötöttem sorba. Így a gerjedés megszűnt.
A minél nagyobb kivezérelhetőség érdekében további változtatást végeztem. Ha ezt az erősítőt aszimmetrikusan hajtom, akkor a kimenetek nem teljesen szimmetrikusan viselkednek. Ennek oka, hogy az invertáló erősítők erősítése ßA, mig a nem invertálóké 1+ßA. Éppen ezért a nem hajtott tranzisztor emitterére csatoló ellenállást megnöveltem a leosztó ellenállás értékével.
Ezek után a változtatások után az új erősítő már felülmúlta elődjét. Nem csak egyszerűen kevésbé torznak tűnt, vagy nagyobb sávszélességűnek. Leginkább azzal tudnám kifejezni a különbséget, hogy a dolgok a helyükre kerültek. A térhatás plasztikusabb, mélyebb, jobban érződik a tér a hangszerek és az énekesek között. Kellemesen hallgatható hosszú ideig is. Teljesítményét bőven elegendőnek éreztem odahaza (egy pár B&W603-assal). Szerettem volna azonban megtudni, hogy mire elég a 20 watt kimenőteljesítmény. Kipróbáltuk néhány kis (80 dB/Wm körüli) érzékenységű hangsugárzóval is, illetve nagy teremben (majdnem 200 m2 alapterület, 4 méter belmagasság). Ilyen körülmények között teremhangerőig nagyon kellemes volt, de tudomásul kellett vennem, hogy bár néha jólesett volna egy kicsit nagyobb hangerő, az erősítő ilyenkor egyszerűen klippelni kezdett.
Az erősítő mérési paraméterei nem különlegesek. Mindent összevetve körülbelül hasonlót produkálnak a jobb műszaki specifikációval rendelkező hasonló teljesítményű elektroncsövesek. Figyelembe véve a súlyt, a disszipációt (melegedést) és a kis teljesítményt végül is kijelenthetem: sikerült tranzisztorokból "csöves" erősítőt kreálni. Csakhogy ez "sajnos" nem világít a sötétben.
Kiindulópontomul szolgáló kérdés az volt, hogy mi határozza meg nagyobb mértékben az elektronika hangminőségét, a kapcsolástechnika, vagy a kivitelezés (esetleg valami más)? Erre így utólag azt kell, hogy mondjam, hogy bár ennek az erősítőnek a hangja kellemesebb és informatívabb, mint a deszkamodellé, de hangkarakterük meglehetősen hasonló. Akkora különbséget, amelyet itt sikerült felmutatni, kábelekkel, állványokkal és más egyéb "varázslással" is elő lehet idézni (egyesek szerint ez nagy különbség, mások szerint alig valami). Következésképpen továbbra is a kapcsolástechnikának adtam az elsőséget. Egy dologról azonban nem szabad elfeledkeznünk. A szimmetrikus kapcsolások meglehetősen érzéketlenek a tápfeszültségből, a környezetből és a terhelésből eredő zavarokra. Ennek következtében ezen az erősítőn valószínűleg kevésbé érezni ezeknek az elemeknek a hatását, mint egy aszimmetrikus elektronikánál.
Arra a kérdésre, hogy egy ilyen kivitelű berendezés megéri-e a belefektetett pénzt és munkát, egyértelműen igennel kell válaszolnom. 15 kilogrammos súlyával, megbízható kivitelezésével ezt az erősítőt nyugodtan el mertem vinni tesztelésre akárkihez, és akkor sem kellett szégyenkeznem, ha nem szólt jobban annál, amivel összevetettük. Tudomásul kellett vennem azt a tényt, hogy egy berendezés értékének csak egy részét a hangminősége, a kivitelezés ugyanannyit nyom a latban (a mérlegen pedig sokkal többet).
A véletlenek játékának következtében azután az erősítő a 98-as High-End Show-ra is kikerült. A Taylor Acoustic-nak (Szabó Tibor) annyira megtetszett hangkaraktere, hogy saját elektronikájuk mellett ezt is kiállították, illetve ezzel hajtották Classic 90-es hangsugárzójukat.