Токовый усилитель мощности

   Г. КОВАЛЕНКО, г. Таганрог 

     
Преимущества такого рода усилителя

   Традиционные усилители, выдавая выходное напряжение на нагрузку, представляющую собой акустическую систему, состоящую из электрических фильтров и различных динамических головок, никоим образом не учитывают изменения их импеданса (сопротивления), которые изменяются от частоты сигнала и его амплитуды. В результате чего токи, протекающие через динамические головки, очень сильно отличаются от напряжения на выходе традиционного усилителя. Данный искаженный ток, протекающий через рабочую катушку динамика и взаимодействуя с его магнитным полем, рождает силу (по закону Лоренца), прямо пропорциональную току, протекающему через катушку динамика.
   Данная сила, воздействуя на диффузор динамика, сообщает ему ускорение, выражающееся в изменении атмосферного давления перед диффузором, а кривая изменения этого давления соответствует изменению силы, толкающей диффузор, т.е. соответствует форме протекающего через катушку динамика тока, а колебание атмосферного давления перед диффузором динамика и есть звуковое давление. Вследствие этого мы имеем искаженную форму звукового давления, не соответствующую исходному сигналу, поданному в форме напряжения, от чего свободен усилитель, работающий как генератор тока, т.е. отслеживающий форму тока на своем выходе. В результате чего форма звукового давления соответствует форме поданного сигнала (тока). Искажения отсутствуют.
   Ламповый усилитель, не имеющий глубокой отрицательной обратной связи по напряжению, представляет собой частично генератор напряжения и частично генератор тока, благодаря чему звучит лучше, чем традиционные высококачественные усилители, работающие как генераторы напряжения, но значительно хуже, чем наш усилитель, работающий как генератор тока.

      Демпфирование динамиков на частоте акустомеханического резонанса.

   Классический пример – толчок диффузора пальцем руки при разомкнутой катушке динамика позволяет диффузору достаточно свободно перемещаться, когда же катушку замыкают возникает ощутимое сопротивление данному перемещению. Из этого делают следующий вывод – усилитель, работающий как генератор напряжения, который якобы имеет нулевое сопротивление, представляет из себя КЗ для катушки динамика и должен не позволять диффузору самопроизвольно колебаться, что является заблуждением.
   Реальная же картина возникает при понимании того, что же происходит при данном классическом опыте с динамиком. Когда диффузор перемещается при разомкнутой катушке тока в катушке нет и никакой электрической работы не происходит. Когда же катушка замкнута через нее начинает протекать ток, создающий магнитное поле вокруг нее, в котором аккумулируется энергия данной работы, эффект индукции. Именно эта дополнительная работа и увеличивает сопротивляемость перемещению диффузора.
    Рассмотрим, что происходит, когда динамик подключен к усилителю, работающему как генератор напряжения. Самый простой случай – отсутствие сигнала на выходе, т.е. разность потенциалов между прямым и обратным выходом усилителя равна нулю. При толчке диффузора через его катушку должен потечь ток, порождающий напряжение на ее концах, но этому должен противодействовать усилитель.
   Такая ситуация с отсутствием разности потенциалов на концах катушки возможна только при нулевом токе через катушку, т.е. усилитель, работающий как генератор напряжения, должен создать между концами катушки бесконечное сопротивление, что эквивалентно их размыканию, т.е. никакого эффекта сопротивления самопроизвольному перемещению диффузора не будет, как и в случае разомкнутой катушки.
    В реальности усилитель, работающий как генератор напряжения, не может создать у себя на выходе бесконечное сопротивление, в результате чего через его выход будет протекать ток в направлении обратном проводимости выходных транзисторов, что часто приводит к их электропробою, с чем борются, устанавливая параллельно выходным транзисторам диоды в обратной проводимости. Что приводит к замыканию катушки через сопротивление этих диодов и сопротивление блока питания. Поэтому небольшой эффект демпфирования наблюдается.  
   Рассмотрим, что происходит когда динамик подключен к усилителю, работающему как генератор тока. Поскольку усилитель, работающий как генератор тока при нулевом сигнале стремится к нулевому току у себя на выходе, а не к нулевому напряжению, он будет противодействовать току через катушку и возникающему в результате напряжению на концах катушки, путем создания на своем выходе противоположного напряжения, используя для этой цели всю энергетику своего блока питания. Т.е. на концах катушки появляется значительный потенциал, что соответствует (даже при незначительном токе, возникшем в катушке) большой работе тока.
   Т.е. усилитель, работающий как генератор тока, тоже не может создать бесконечного сопротивления на своем выходе, но при том же токе утечки, что и в предыдущем случае, напряжение на концах катушки может равняться напряжению питания усилителя, а не единицам вольт, выделяющихся на шунтирующих диодах в усилителе напряжения. Поэтому мощность, расходуемая на демпфирование, в случае усилителя напряжения намного меньше, чем в случае генератора тока и в результате звучание без «бубнения» и «гула».
   В режиме работу входных каскадов УМ, построенных по дифференциальной схеме, есть отличие от обшепринятого режима, благодаря чему получено соотношение "сигнал/взвешенньй шум'' порядка 140 дБ устойчивая работа усилителя во; всех режимах, включая перегрузки входа и выхода без возникновения кратковременного возбуждения (звона) при глубокой ООС;позволяющей получить низкий коэффициент гармоник (до 0.005%).
    Применена новая схема включения выходных каскадов усилителя тока, исключившая выход изстроя выходных транзисторов из-за сквозных токов, что присуще традиционным схемам. Приэтом выходные транзисторы не входят в режим отсечки, что позволяет исключить "ступеньку" ввыходном   сигнале   при   работе   выходного каскада в режиме класса АВ при очень малыхтоках покоя и полной их термостабильности.
   Благодаря такой схеме включения выходных каскадов появилась возможность получениябольших  выходных  мощностей  при  очень несложной,   но   надежной   схеме   запараллеливания выходных транзисторов без излишних запасов по рассеиваемой мощности этих транзисторов.