Результаты измерений.

Хороший усилитель должен не только хорошо звучать, но и «хорошо измеряться», т.е. иметь соответствующие технические параметры. Если это не выполняется, то усилитель представляет собой более музыкальный инструмент, чем устройство для точного воспроизведения музыки. Мне кажется, что это так и это своего рода философия.

Ввиду определенных конструктивных особенностей усилитель Проекта «А» при измерении его характеристик требует детальной проработки схемы тестирования. Например, использование осциллографов с неизолированным от защитного заземления нулем входа требует одновременно двух каналов для измерений выходов балансного УМ относительно «земли», а разностный сигнал и будет искомым сигналом выхода. В противном случае, существует угроза посадить один из выходов на землю или просто получить неадекватные результаты измерений из-за попадания переменного напряжения через емкости фильтров питания осциллографа на выход УМ.

Схема измерения одновременно двух выходов имеет еще одно преимущество перед классическим случаем измерения выхода одним каналом осциллографа (с изолированным входом) ввиду того, что позволяет одновременно установить и стабильность работы каждого из плеч усилителя.

Далее представлен результат измерений меандром 10KHz :

Замер проводился с учетом входного и выходного фильтров, поэтому скоростные характеристики определяются именно ими.

Линии, напоминающие желтую и бирюзовую – это балансные выходы усилителя. Фиолетовая линия – разностный сигнал, т.е. сигнал выхода на нагрузку. Здесь видно, что усилитель достаточно устойчив.

В предельных режимах усилитель способен выдавать почти неискаженный сигнал амплитудой до 17V на 4ohm с переходом в режим АВ. Кроме того, из приведенной ниже диаграммы видно, что даже на уровнях, близких к клиппингу нет следов потери устойчивости из-за роста значений паразитных емкостей выходных транзисторов. Это, опять же, говорит о хорошем запасе устойчивости усилителя:

Усилитель также способен выдавать постоянную мощность почти 55W на 4ohm в классе А, но уже меандром :

В этом режиме получаем максимально возможную скорость нарастания около 23V/uS, ограниченную фильтрами. Реальная же скорость нарастания существенно выше, но расширять полосу пропускания усилителя так сильно, считаю, не имеет смысла.

Результат измерения искажений на частоте 1KHz в зависимости от выходной мощности:

Необходимо отметить, что измерения проводились программой SpectraPlus и учитывался параметр THD+N, причем шум измерялся невзвешенный и ограниченный только максимальной полосой пропускания канала измерения (до 95KHz). Аналогичные измерения программой RMAA дают несколько меньшие значения, если учитывать взвешенный уровень шума по шкале А. При этом минимум искажений смещается левее и ниже, а при 0.1W искажения (THD+N) составляют всего 0.0055%. Здесь приводится график программы SpectraPlus, потому что ниже будут приведены ‘скриншоты’ измерений именно этой программой.

Комментарий.

В отличие от большинства других усилителей, имеющих наименьшие искажения, шум, наводки, на мощностях, близких к максимальным, усилитель Проекта А оптимизирован для наиболее комфортных уровней прослушивания. В проекте ставилась задача получить максимально возможное качество именно для домашнего прослушивания музыки. Поэтому минимальный уровень искажений и различных помех приходится на диапазон мощностей около 1 W, в отличие от «красивых» (низких) декларируемых уровней искажений на мощностях близких к максимальной, т.е. к клиппингу усилителя, которыми реально воспользоваться просто невозможно. Малейшее увеличение уровня и усилитель уходит в ограничение. На мощностях же от 1W и ниже к 0.1W у большинства таких усилителей параметр THD+N находится в диапазоне 0.05…0.2%, т.е. уровень шумов и помех настолько велик, что серьезно затрудняет задачу определения искажений на этих уровнях (Например, Fig.3 здесь: http://stereophile.com/solidpoweramps/306chord/index4.html при заявленных «1000W into 8 ohms at 0.01%» и измеренных 0.007% при 50W). Тем не менее, маскировки искажений шумами/помехами на малых уровнях не происходит, как это может показаться, т.к. эти факторы имеют существенные спектральные различия.

Что касается измерения спектрального состава выходного сигнала усилителя, то здесь пришлось столкнуться с определенными трудностями, т.к. уровень искажений достаточно низок и ненамного превышает уровень искажений в канале измерения. Например, уровень искажений в канале измерения без использования различных программных ухищрений по подавлению гармоник может составлять до 0.00053% при использовании внешнего устройства E-MU 0404 USB. Но это достижимо только на уровнях выходного/входного сигнала более 1V. При определении искажений в усилителе Project A, который имеет собственное усиление около 26.3, на малых мощностях приходится существенно снижать уровень выходного сигнала E-MU. Это приводит к заметному снижению разрешения системы измерения и росту ее собственных шумов и искажений. Например, для тестирования усилителя на выходной мощности 0.1W использовался следующий тестовый сигнал:

Заметны выступающие на общем фоне вторая и третья гармоники, которые и определяют величину THD. Доминирование этих двух гармоник будет сильно мешать в определении THD усилителя на малых уровнях:

При выходной мощности 0.1W искажения усилителя практически не видны на фоне помех канала измерения. Здесь выбросы выше частоты основного тона - все те же помехи в контрольном оборудовании. Само значение THD практически не отличается от измерительного канала, поэтому его реальное значение меньше, чем показано на диаграмме. Используя интерполяцию можно оценить его уровень – это около 0.0006%, учитывая что при выходной мощности 0.3W уровень THD находится где-то около 0.001%.

Спектр сигнала усилителя при выходной мощности 1W, как наиболее адекватной для домашнего прослушивания, дает следующие результаты:

Видно, что немного стали выделяться вторая, третья и пятая гармоники, в то время как все, что находится ниже уровня -129dB представляет собой опять шум/искажения измерительного канала. Вот и весь, в общем-то, спектр.

На больших уровнях спектр искажений выглядит следующим образом:

Спектр сигнала заметно расширился, появились 7-я, 9-я и проcматривается 11-я гармоника, но он представляет собой монотонно спадающий ряд, начиная с 3-й гармоники. Это напоминает спектр ламповых усилителей, где четко просматриваются гармоники вплоть до 9-й. Здесь видно до 11-й, но это, все-таки, полупроводниковое устройство.

Особенно интересно сравнить со спектром доработанного усилителя мощности ресивера Pioneer VSX-AX3, где несмотря на более низкий абсолютный уровень видны, тем не менее, гармоники вплоть до 31-й (http://madoptic.narod.ru/test/ ). Там на выходе также стоят полевые транзисторы, но это не сильно отразилось на ширине спектра искажений. Видимо, суть, все же, в примененном подходе, когда усиление ВО ВСЕМ КАНАЛЕ осуществляется только полевыми транзисторами и ток базы биполярных транзисторов уже не вносит искажений высокого порядка.

Зависимость искажений усилителя от частоты не слишком выражена благодаря равномерно глубокой ООС во всем звуковом диапазоне. Ширина же частотного диапазона, в котором проводился анализ спектра не превышает 95KHz, поэтому значения уровней искажений для сигнала приближающегося к 20KHz обычно определить можно только приблизительно, т.к. видно только по 4-ю гармонику.

На 10KHz все еще остается хорошая возможность более или менее реально оценить состав спектра выходного сигнала усилителя, поэтому имеет смысл его рассмотреть:

Здесь видно, что гармоники представляют собой опять монотонно спадающий ряд, видимый практически до 5-й. Однако, величина пятой гармоники находится на одном уровне с шумами системы измерения. Небольшой выброс до уровня -112dB на частоте 54KHz является результатом наводки, а выбросы на 60KHz и на 70KHz являются в чистом виде «продуктами жизнедеятельности» канала измерения.

Описание усилителя (Часть 6)

Последнее обновление страницы: 1:20 03.03.2009