Zastanawiali sie kiedykolwiek Państwo, czy możliwe jest zbudowanie prostego wzmacniacza o wysokiej jakości dźwięku?. Czy myślicie, że audiofile uważający, że jakość musi kosztować fortunę mają rację? Jeśli tak, to proponuję zbudowanie wzmacniacza klasy A single-ended. Posiada on zarówno nieskomplikowany stopień wyjściowy, jak również, wynikający z jego zasady działania, minimalny poziom zniekształceń harmonicznych.

Tranzystory MOSFET w stopniu wyjściowym powodują, że dźwięk, jaki można usłyszeć w słuchawkach przypomina ten ze starego, lampowego radia dziadka, odtwarzającego audycje Radia Wolna Europa. Charakterystyki nasyceniowe tranzystorów MOSFET są bowiem podobne do charakterystyk lampowych.

Taki wzmacniacz ma jedną wadę: bardzo niską sprawność, na poziomie kilku procent, ale słuchawki same w sobie nie pobierają dużo mocy (ok. kiladziesiąt miliwatów), więc możemy pozwolić sobie na rozproszenie kilku watów przez radiatory.

Schemat wzmacniacza (jeden kanał stereo) jest przedstawiony na poniższym rysunku:

Układ jest klasyczny. No i popełniono w nim kilka audiofilskich „grzechów głównych”.

Pierwszy: jako wejściowego stopnia różnicowego użyto wzmacniacza operacyjnego. Podobno powoduje to mnóstwo zniekształceń, szorstki dzwięk, i kilka innych problemów, jednak postanowiłem zaryzykować, wiedząc, że za szorstkość dźwięku odpowiada tranzystor stopnia wyjściowego, poza tym z danych katalogowych tego wzmacniacza wynikało, że jego współczynnik harmonicznych zniekształceń nieliniowych jest na poziomie 0,003%. Bardzo mało.

Drugi: objęcie wzmacniacza globalną pętlą sprzężenia zwrotnego (rezystory R5, R6). Było to konieczne, ponieważ wzmacniacz miał przenosić jak najniższe częstotliwości – więc musiałem zrezygnować z kondensatora szeregowego na wyjściu. Kondensator taki bardzo dobrze wycina składową stałą (bardzo szkodliwą dla słuchawek), jednakże działa jednocześnie jako filtr górnoprzepustowy i pogarsza odtwarzanie basów. Z dwojga złego kondensatory w torze sygnałowym wzmacniacza czynią więcej zła, niż ujemne sprzężenie zwrotne, które przy okazji dodatkowo zapobiega podaniu na słuchawki składowej stałej napięcia.

Wzmacniacz zasilany jest symetrycznie, napięciami stabilizowanymi.

Obciążeniem źródłowym jest klasyczne źródło prądowe, również oparte na tranzystorze MOSFET i wzmacniaczu operacyjnym. Prąd spoczynkowy wzmacniacza ustala się za pomocą potencjometru P1 mierząc napięcie na oporniku R1, dla słuchawek o oporności 22 ohm wystarczy ok. 185 mA, im większy prąd, tym bardziej wzmacniacz będzie się grzał, ale będzie bardziej odporny na przesterowanie. Jednak przy głośności audycji, jaka się da jeszcze wytrzymać, takie natężenie prądu spoczynkowego w zupełności wystarczy.

Wzmocnienie wzmacniacza ustala się dobierając wartości R5 i R6 wg wzoru: wzmocnienie=1+R5/R6. W przykładzie z rysunku mamy wzmocnienie równe 5. Należy je dobrać w zależności od tego, co będzie źródłem sygnału dla naszego wzmacniacza.

Kondensator C1 w założeniach ma zapobiegać wzbudzaniu się wzmacniacza na wysokich częstotliwościach, jednakże okazało się, że… wzmacniacz z tym kondensatorem wzbudzał się na ok. 2 MHz, bez niego nie sprawiał żadnych kłopotów.

Tranzystory MOSFET należy umieścić na sporych radiatorach, bo grzeją się dosyć mocno (powinny rozpraszać po kilka watów mocy). Tranzystory powinny być elektrycznie odizolowane od radiatorów przekładkami mikowymi bądź silikonowymi.

Pobór prądu przez wzmacniacz to ok. 500 mA na każdym napięciu (+12 i -12 V) i tak należy projektować zasilacz, zwykle wystarczy klasyczna aplikacja stabilizatorów LM7812 i LM7912 zasilana przez mostek prostowniczy i kondensatory filtrujące z transformatora 2 x 12V o mocy ok, 20 – 40 W. Stabilizatory powinny być również umieszczone na radiatorach za pośrednictwem podkładek mikowych lub silikonowych.

Opornik R3 powinien być umieszczony jak najbliżej tranzystora T1.

Projekt wykonano z tzw. czystej ciekawości, dźwięk okazał się na tyle wysokiej jakości, że wykonano do niego obudowę aluminiową i wzmacniacz służy jako element toru elektroakustycznego.

Poniżej znajduje się kilka oscylogramów ilustrujących działanie wzmacniacza. Górny przebieg to sygnał generatora, dolny – wyjście wzmacniacza.

20 kHz, prostokąt, wzmocnienie 2x:

100 kHz, prostokąt, wzmocnienie 2x:

500 kHz, sinus, wzmocnienie 2x:

1 Hz, sinus, wzmocnienie 2x:

Widać, że użyteczne pasmo częstotliwościowe wzmacniacza sięga powyżej 500 kHz, podanie na wejście sygnału prostokątnego nie powoduje żadnego dzwonienia. Dźwięk jest miękki, „lampowaty”. Jak na tak prostą konstrukcję, wzmacniacz jest wyśmienity.

Piotr Struski, 22 października 2008