Music Angel – Elektronkové zesilovače – Když je elektronka lepší než tranzistor

Debata o tom, co je lepší, elektronka nebo tranzistor, probíhá již dlouho a zřejmě stále nechce skončit.

Tento článek má pomoci začátečníkům, ještě ne dostatečně zkušeným zvukařům, aby tuto problematiku pochopili. V tomto článku se pokusíme zjistit, jaké jsou hlavní rozdíly mezi elektronkovým a tranzistorovým zařízením.

<b>Chování při přetížení <br /></b>

Při přetížení elektronkového zařízení dochází k přirozené kompresi zvuku, v důsledku čehož zvuk zhušťuje a dochází ke zkreslení zvuku, v důsledku čehož se obohacuje o harmonické.

V druhém případě se ke zvuku přidávají dokonce i harmonické, které jsou subjektivně sluchem vnímány jako příjemné a hudební. Stejný princip přidávání harmonických k původnímu signálu se používá např. v zařízení zvaném budič.

Přetížení v tranzistorové technologii je také doprovázeno zkreslením zvuku, ale signál je obohacen o liché harmonické, z nichž nejvyšší nejsou příjemné pro ucho a jsou vnímány jako nejvíce zkreslené.

<b>Obecná zvuková charakteristika</b>

Téměř všechna lampová zařízení znějí teple – to je fakt. Zároveň se však vyznačují poměrně vysokou úrovní šumu, který vzniká z důvodu obtížného kvalitního zesílení signálů nízké úrovně.

Lampy jsou často značně objemné a mají krátkou životnost. Špatně se přepravují, jsou křehké a nespolehlivé. Kromě toho mají lampová zařízení nízkou účinnost.

Tranzistorová zařízení se však vyznačují svou správností, slabě vyjádřeným zbarvením zvuku, nízkou spotřebou energie a kompaktností. Nemají takový hluk jako elektronkové aparáty, ale zvuk tranzistorových aparátů je téměř vždy relativně suchý.

Jak vidíte, indikátory dobré pro lampy jsou naopak u tranzistorů na nízké úrovni.

Použití elektronek je zcela opodstatněné v režimu přetížení, kdy elektronkové vybavení přebírá funkce zpracování zvuku. Použití tranzistorové technologie je vhodné v případech, kdy je důležité dosáhnout nezabarveného zvuku, nízké hladiny šumu a minimálního zkreslení. Proto je nepravděpodobné, že byste někdy viděli například elektronkový zesilovač pro kontrolní monitory v nahrávacím studiu.

Elektronka má zřejmou výhodu oproti tranzistorům i v kytarových zesilovacích zařízeních, kde je vyžadován zvuk obzvláště jemný nebo naopak silně přebuzený.

Pro studiovou praxi je ale vhodnější zvuk tranzistorových, vyznačující se nekompromisností, minimálním zabarvením a absencí výrazného zkreslení.

Stojí za zmínku, že dnes stále existují elektronková zařízení, která produkují prakticky nezbarvený zvuk, a tranzistorová zařízení s teplým, sametovým zvukem, ale vysoká cena těchto zařízení ve většině případů brání jejich všeobecné dostupnosti.

<b>Stát</b>

Nyní o cenách. Náklady na podobná tranzistorová a elektronková zařízení jsou přibližně stejné, protože vysoké náklady na elektronky ve srovnání s tranzistory jsou kompenzovány menším počtem dílů a poměrně jednoduchou konstrukcí.

Někteří výrobci profesionálních audio zařízení vyrábějí kombinovaná zařízení, snaží se spojit nejlepší vlastnosti elektronek a tranzistorů.

Například předzesilovače a kompresory s polovodičovými vstupními stupni na nízkošumových mikroobvodech s elektronkovými stupni zodpovědnými za zpracování signálu jsou stále oblíbenější. V takových zařízeních se signál dostává k lampám již v zesíleném stavu, což umožňuje dosáhnout poměrně slušného odstupu signálu od šumu. Jinými slovy, přítomnost polovodičů zaručuje nízkou hladinu hluku a použití lamp má pozitivní vliv na „oteplení“ zvuku.

Závěrem se sluší říci, že v domácích audio zařízeních je použití elektronek často skutečně oprávněné. To je vysvětleno účelem takového zařízení lahodit uchu, a proto by mělo produkovat, i když ne poctivý, ale alespoň ten nejkrásnější zvuk.

Na závěr jednoduchá rada: přistupovat k výběru studiového vybavení klidně, promyšleně a hlavně s vypnutými emocemi. V této věci není vše tak jednoznačné, jak by se na první pohled mohlo zdát. Nebuď rázný. Poslouchejte, čtěte, přemýšlejte.

Hudební andělské zesilovače

Lampový zesilovač XD500MKIII: EL34, 2×50 W Lampový zesilovač XD800MKIII: KT88, 2×65 W Lampový zesilovač XD845MKIII: 845, 2×20 W Lampový zesilovač XD850MKIII: 300B, 2×9 W Lampový zesilovač XD8502AIII: 300B, 2×9 W Lampový předzesilovač XD900MKIII: 12AU7, 12AX7

Elektronkový zesilovač MINI 6: KT88, 2×60 W Elektronkový zesilovač MINIP1: 6AQ5, 2×10 W Elektronkový zesilovač MINIL3: EL34, 2×35 W Elektronkový zesilovač MINIP14: 6P14, 2×10 W

Elektronkové zesilovače LACONIC HA-02,03B/B2/M: 6N6P, 2×1,2 W při 300 Ohm

Reprosoustava Music Angel One: 20 – 100 W, 38 Hz – 30 kHz, 86 dB/W/m Reprosoustava Music Angel 2.5: 20 – 200 W, 20 Hz – 30 kHz, 86 dB/W/m Reprosoustava Music Angel TK-10: 10 – 250 W, 45 Hz – 22 kHz, 8 Ohm, 97 dB/W/m Systém reproduktorů DIVA 5.2: 10 – 150 W, 36 Hz – 20 kHz, 90 dB/W/m

KT 88: Napětí vlákna 6.3 V Proud vlákna 1.6 A Napětí desky (max) 800 V Proud desky (max) 230 mA Ztráta desky (max) 40 W 845: Stejnosměrné napětí desky 1250 Napětí DC sítě -98 Špičkový AF93 Napětí desky DC Proud (ma.) 95 Výkon (watty) 15 21 300V: Napětí vlákna 5 V Proud vlákna 1.2 A Napětí desky (max) 450 V Proud desky (max) 100 mA Ztráta desky (max) 40 W

Výrobci tranzistorových zesilovačů po léta vodili audiofily za nos a nabízeli jim věrohodná vysvětlení, proč by měl být starý model zesilovače nahrazen novým. Dovolte mi krátce připomenout tato vysvětlení:
— harmonické zkreslení je příliš vysoké (u nových modelů zesilovačů je zkreslení sníženo na 0,0001 %);
— nízký koeficient tlumení (koeficient tlumení dosáhl 1000);
— frekvenční pásmo reprodukce není dostatečně široké (pásmo bylo rozšířeno na 5 MHz);
— zesilovače omezují rychlost změny signálu (na předních panelech nových zesilovačů se objevil nápis „High Speed ​​​​Amplifier“);
— reproduktor vyžaduje větší proud (a zde je mnoho výstupních tranzistorů zapojených paralelně, které poskytují zesilovači výstupní proud 100 A).
V tomto výčtu by se dalo pokračovat.
Dokud bylo možné udržet víru audiofilů ve všechny tyto technické „triky“, byl trh zesilovačů ve stavu vzrušení.
Má elektronka výhodu oproti tranzistoru? A pokud ano, za jakých podmínek se objevují? Odpovědi najdete v tomto článku.

Abychom hned neupadli do mystiky, uvažujme na fyzické úrovni o rozdílech mezi lampou, polem řízeným tranzistorem a bipolárním tranzistorem.

Za „vodič“, který se skládá z elektrod – anody a katody – pečlivě očištěných od kyslíku, a z vakuové mezery mezi nimi vyplněné nosiči náboje – energeticky vybuzenými volnými elektrony, lze považovat lampu (jako příklad si vezměme triodu). Anodový proud přenášený vakuem volnými elektrony je řízen napětím mezi mřížkou a katodou.
Zesilovací vlastnosti triody lze charakterizovat strmostí charakteristiky, to znamená poměrem přírůstku anodového proudu k přírůstku napětí mřížka-katoda (při konstantním napětí na anodě). Nezávislost sklonu na elektrických režimech lampy je indikátorem její linearity. Zvláště důležité je, že strmost triodové charakteristiky závisí jen málo na anodovém proudu (ve většině případů je úměrná přibližně 3. odmocnině hodnoty tohoto proudu). Vliv vstupní charakteristiky lampy na linearitu lze zanedbat, protože v režimu záporného předpětí mřížky není v jejím obvodu žádný proud.

Mezielektrodové kapacity jsou konstantní a nezávisí na elektrických režimech lampy. Je také důležité, aby hlavní parametry lampy nezávisely na teplotě anody nebo jinými slovy na výkonu, který se na ni uvolňuje. A další důležitou výhodou triody je její nízký vnitřní odpor, který je za optimálních podmínek použití lampy přibližně dvakrát menší než odpor zátěže.

Závislost vnitřního odporu na anodovém proudu je inverzní k závislosti strmosti triody na tomto proudu, proto v režimu, ve kterém je zatěžovací odpor větší než vnitřní odpor, je zesílení výbojky prakticky nezávislé na anodovém proudu.

Tranzistor s efektem pole lze také považovat za „vodič“. Vodivá část tranzistoru je kanál v krystalu ultračistého křemíku, jehož typ vodivosti (p nebo n) je určen zanedbatelnou příměsí india nebo arsenu. V závislosti na typu vodivosti tranzistoru se v kanálu pohybují nosiče náboje: volné elektrony nebo „díry“ (prostory v krystalové mřížce nevyplněné elektrony). Stejně jako u elektronkové triody je proud na výstupu tranzistoru s efektem pole (sběrný proud) řízen napětím mezi hradlem a zdrojem.

Zesilovací vlastnosti tranzistoru s efektem pole (jako je lampa) lze charakterizovat jeho strmostí (to je poměr přírůstku odebíracího proudu k přírůstku napětí hradla).

Tranzistor s efektem pole má výraznější nelinearitu než lampa. U téměř všech typů tranzistorů s efektem pole se transkonduktance zvyšuje úměrně druhé odmocnině svodového proudu.

Stejně jako u lampy zde není žádný proud řídicího obvodu (hradlového obvodu), takže nelinearitu vstupní charakteristiky tranzistoru s efektem pole lze zanedbat. U mezielektrodových kapacit je situace poněkud horší. Nejdůležitější kapacita drain-to-gate závisí na napětí působícím mezi těmito elektrodami.

Největším zklamáním je vysoká citlivost kolektorového proudu a strmosti tranzistoru s efektem pole na změny teploty jeho krystalu. Tato citlivost se vysvětluje zvýšením pohyblivosti nosičů náboje s rostoucí teplotou a je obvykle charakterizována teplotním koeficientem napětí hradla-zdroje (tj. zvýšení napětí hradla, které je nutné k udržení odběru tranzistoru na konstantní úrovni, když se teplota jeho krystalu zvýší o jeden stupeň). V závislosti na režimu, ve kterém je tranzistor řízený polem použit, může teplotní koeficient nabývat hodnoty od 2 do -3 mV/deg (Tranzistor řízený polem lze nastavit do režimu, ve kterém bude teplotní koeficient roven nule).

Nejhorší je, že teplota krystalu tranzistoru, i když se setrvačností (určenou tepelnou časovou konstantou tohoto tranzistoru), drží krok s téměř všemi změnami okamžitého výkonu rozptýleného v tranzistoru, ale o jeho záporné hodnotě si povíme o něco později.

Kromě statických indukčních tranzistorů mají jiné typy tranzistorů s efektem pole vnitřní odpor výrazně větší než odpor zátěže.
Bipolární tranzistor je také druh „vodiče“. Fyzikální procesy spojené s průchodem proudu v něm se však zásadně liší od těch, které se vyskytují u lamp a tranzistorů s efektem pole.

První rozdíl je v tom, že nosiče náboje, což jsou elektrony nebo díry, musí překonat dvě bariéry (pn přechody): emitor-báze a báze-kolektor, to znamená, že se musí dvakrát přesunout z krystalové mřížky jednoho typu do mřížky jiného typu.

Druhý rozdíl je v principu řízení kolektorového proudu. Velikost tohoto proudu závisí na počtu tzv. minoritních nosičů „vstříknutých“ z emitoru do báze, které v ní „bloudí“, dokud nejsou vtaženy dovnitř silným elektrickým polem kolektoru, vychýleným v opačném směru vzhledem k bázi. Injekce nehlavních nosičů do báze je řízena dopředným předpětím (jinými slovy mírným otevřením) přechodu báze-emitor tranzistoru. Zesilovací vlastnosti bipolárního tranzistoru mohou být také charakterizovány transkonduktancí (tj. poměrem přírůstku kolektorového proudu k přírůstku napětí báze-emitor). Podle teorie je transkonduktance bipolárního tranzistoru přibližně úměrná kolektorovému proudu, takže má výraznější nelinearitu než tranzistor s efektem pole.

Na rozdíl od lampy a tranzistoru s efektem pole musí být nelinearita strmosti bipolárního tranzistoru doplněna o nelinearitu jeho vstupní charakteristiky. A to je pochopitelné, protože i ve vzhledu se jen málo liší od proudově napěťové charakteristiky propustné diody.

S mezielektrodovými kapacitami se zde děje totéž, co u tranzistoru s efektem pole. Nejdůležitější kapacita přechodu kolektor-báze bipolárního tranzistoru závisí na napětí působícím mezi těmito elektrodami.

U bipolárního tranzistoru se také setkáváme s vysokou citlivostí jeho parametrů na změny teploty krystalu. Konkrétně teplotní koeficient napětí báze-emitor je -2,2 mV/stupeň a proudové zesílení tranzistoru se zvyšuje o 2-3 %/stupeň. Stejně jako u tranzistoru s efektem pole udržuje teplota krystalu bipolárního tranzistoru se setrvačností (určenou tepelnou časovou konstantou) krok se změnami v okamžitém výkonu rozptýleném v tranzistoru.

Vnitřní odpor bipolárních tranzistorů také nenechává žádnou naději – je vždy větší než zatěžovací odpor. Seskupme nyní nejdůležitější a zcela objektivní rozdíly mezi lampou, tranzistorem s efektem pole a bipolárním tranzistorem v tabulce 1.

Výztužný prvek ►
Typ rozdílů ▼