Ενισχυτικές τοπολογίες σταδίων εξόδου και λαμπάτοι ενισχυτές.

Ενισχυτικές τοπολογίες σταδίων εξόδου και λαμπάτοι ενισχυτές.

(του Θανάση Μωραϊτη)

Οι τελικοί ενισχυτές αν και χρησιμοποιούν, ως συσκευές, από ένα έως και αρκετά περισσότερα στάδια ενίσχυσης  του σήματος (και μάλιστα με διαφορετικούς ρόλους, δηλαδή αυτούς της ενίσχυσης της τάσης του σήματος –με τα πρώτα στάδια- αλλά και αυτούς της ενίσχυσης του ρεύματος –με τα στάδια εξόδου-) χαρακτηρίζονται, ονομαστικά τουλάχιστον, κυρίως από την τοπολογία του σταδίου εξόδου τους. Αυτή τη φορά, λοιπόν,  μπαίνουμε σε πιο βαθειά νερά, και θα ασχοληθούμε, με όσο ποιο απλό τρόπο γίνεται, με όλα αυτά που αφορούν τους ενισχυτές και τις τοπολογίες των σταδίων εξόδου τους. Οι τοπολογίες που θα αναφέρω έχουν εφαρμογή σχεδόν σε σε κάθε ενισχυτική βαθμίδα, είτε αυτή είναι προ-προ ενισχυτής κεφαλής κινητού πηνίου είτε ενισχυτής ισχύος άσχετα του τύπου των ενεργών στοιχείων τους. Εμείς θα ασχοληθούμε κυρίως με εκείνες που βρίσκουν εφαρμογή σε ενισχυτές με ενεργά στοιχεία λυχνίες κενού (λάμπες στο πιο κοινό) οι οποίες όμως όμως δεν αποτελούν αποκλειστικότητα των τελευταίων καθώς εφαρμόζονται και σε ενισχυτές με τρανζίστορς (οι περισσότερες τουλάχιστον, για πρακτικούς λόγους).

Τοπολογίες (και υποκατηγορίες τους)

ΟΙ κυριότερες τοπολογίες ενισχυτικών βαθμίδων εξόδου είναι οι Push-Pull  και η Single Ended. Υπάρχουν επίσης και οι Paralleled Single Ended που αποτελεί μια υποκατηγορία των SE και τέλος η Output Transformerless (OTL) που αποτελεί μια υποκατηγορία των Push-Pull. Η τελευταία αν και αφορά όλες τις ενισχυτικές υλοποιήσεις  (με τρανζίστορ ως στάνταρ αλλά και με λυχνίες κενού) βρίσκουμε ότι έχει  ξεχωριστή ονομασία στους λαμπάτους ενισχυτές καθώς εκεί το σύνηθες είναι η χρήση μετασχηματιστών εξόδου, οπότε η απουσία τους δημιουργεί μια μικρή κατηγορία από μόνη της.

Για να καταλάβουμε τι είναι η κάθε μία από της παραπάνω κατηγορίες (και υποκατηγορίες) πρέπει πρώτα να μιλήσουμε λίγο για το ηχητικό σήμα που καλούνται αυτές οι ενισχυτικές βαθμίδες να ενισχύσουν. Κι ας πάρουμε την πιο απλή μορφή του, αυτή του ημιτόνου, καθώς όλα τα σήματα αποτελούνται από καθαρά ημίτονα και τις αρμονικές τους, καθώς με τη χρήση του απλού ημίτονου είναι πιο εύκολη η επεξήγηση της λειτουργίας των ενισχυτικών κυκλωμάτων.

Εδώ βλέπουμε ότι το σήμα μας αποτελείται από μια θετική ημιπερίοδο και μια αρνητική. Το πρώτο κομμάτι (θετικό και άνω του άξονα των Χ) θα το ονομάσουμε Ζ και το δεύτερο (την αρνητική ημιπερίοδο κάτω από τον άξονα των Χ)  H. Ας ξεκινήσουμε.

Push-Pull

Η πιο κοινή τοπολογία σε ενισχυτικές βαθμίδες εκεί έξω και αυτή που δίνει την περισσότερη ισχύ (από μερικές δεκάδες έως μερικές χιλιάδες βατ). Χρησιμοποιεί ένα πακέτο από ενισχυτικά στοιχεία (ένα ή περισσότερα παραλληλισμένα μεταξύ τους) για την ενίσχυση της θετικής ημιπεριόδου κι άλλο ένα όμοιο πακέτο για την ενίσχυση της αρνητικής ημιπεριόδου. Η ύπαρξη αυτής της τοπολογίας δημιουργεί επίσης την κατηγοριοποίηση των τάξεων λειτουργίας (Α, ΑΒ, Β κλπ). Πιο συγκεκριμένα αν και τα δύο πακέτα (και αυτό που κατά βάση έχει ως ρόλο την ενίσχυση της θετικής ημιπεριόδου ή Ζ, αλλά και αυτό που έχει ως ρόλο την ενίσχυση της αρνητικής ή H) αναπαράγουν ολόκληρο το ημίτονο (Ζ+H) τότε λέμε ότι ο ενισχυτής αυτός λειτουργεί σε τάξη Α (συνήθως τα πρώτα στάδια λειτουργούν όλα σε τάξη Α ανεξάρτητα τοπολογίας). Αν το πακέτο των λυχνιών (δεν θα ξαναμιλήσω για τρανζίστορς από εδώ και πέρα εκτός κι αν απαιτείται για κάποια διευκρίνηση) που ενισχύει τη θετική ημιπερίοδο ενισχύει και μικρό μέρος της αρνητικής (συνήθως πολύ μικρό) και το πακέτο που ενισχύει την αρνητική ημιπερίοδο ενισχύει και λίγο από τη θετική,  τότε λέμε ότι ο ενισχυτής λειτουργεί σε τάξη ΑΒ. Και τέλος αν το κάθε πακέτο ενισχύει μόνο το θετικό ή μόνο το αρνητικό μέρος (αντίστοιχα) τότε λέμε ότι ο ενισχυτής λειτουργεί σε τάξη Β. Η τάξη λειτουργείας καθορίζεται από το ρεύμα ηρεμίας που αυτό με τη σειρά του καθορίζει την κατανάλωση της συσκευής.

[Octave Tube Push-Pull Ενισχυτές, ανακαλύψτε τον ήχο τους στην Heaven Audio]

Στην τάξη Α ο ενισχυτής καταναλώνει όλη την ενέργειά  του συνεχώς (όταν είναι σε ηρεμία γίνεται μόνο θερμότητα και χάνεται ενώ όταν υπάρχει με σήμα έχουμε η κατανάλωση μοιράζεται σε εκείνο που οδηγεί τα ηχεία και στο υπόλοιπο που επίσης ξανά χάνεται σε θερμότητα). Η τάξη Α είναι η λιγότερο αποδοτική. Στην τάξη ΑΒ ένα μικρό μέρος χάνεται σε θερμότητα (σε ηρεμία) ενώ όταν παίζει μουσική το μεγαλύτερο μέρος πάει στα ηχεία. Η ΑΒ είναι ο καλύτερος συμβιβασμός ποιότητας και κατανάλωσης. Τέλος όταν το κάθε πακέτο ενισχυτικών στοιχείων ενισχύει μόνο είτε το θετικό είτε το αρνητικό (αντίστοιχα) μέρος του σήματος τότε έχουμε λειτουργία σε ταξη Β και η κατανάλωση συμβαίνει κυρίως μόνο όταν παίζει μουσική.

Όταν στο στάδιο εξόδου δεν βρίσκουμε μετασχηματιστή προσαρμογής (εξόδου) αλλά οι λυχνίες ως στοιχεία οδηγούν απ’ ευθείας το φορτίο (ηχεία) τότε οι ενισχυτές ονομάζονται Output Transformerless (OTL). Οι ενισχυτές αυτοί έχουν ως κύριο προσόν τους ότι δεν μεσολαβεί μετασχηματιστής εξόδου που όπως και να έχει προσθέτει κάτι στον ήχο του ενισχυτή, αλλά από την άλλη θέλει πολύ σταθερό σε τιμή φορτίο, δηλαδή όσο πιο ωμικό σε φύση γίνεται, κάτι αρκετά σπάνιο εκεί έξω. Έχω δει και ακούσει OTL ενισχυτές που είναι πολύ καλοί έως και υπέροχοι σε ήχο, αλλά όλα εξαρτώνται από το σχέδιο του κυκλώματος που οδηγεί ένα τέτοιο στάδιο εξόδου.

[Line Magnetic Ενισχυτές, βραβευμένοι και στα μοντέλα Single Ended Triode Class A 845 & 300Β.

Κατα παραγγγελία στην Heaven Audio, μαζί με πλήθος άλλων προτάσεων.]

Single Ended

Η δεύτερη πιο κοινή τοπολογία σε ενισχυτές με λυχνίες (αλλά και τρανζίστορς). Εδώ τα πράγματα είναι πιο απλά καθώς δεν έχουμε δύο διαφορετικά πακέτα λυχνιών να ενισχύουν με τη σειρά τους από ένα μέρος, ή λίγο περισσότερο της κυματομορφής αλλά ένα και μοναδικό στοιχείο που ενισχύει ολόκληρο το σήμα (Z+H). Αυτό σημαίνει κυρίως ότι η ισχύς περιορίζεται από την πρόσληψη ισχύος της ενισχυτικής λυχνίας γι΄αυτό και η τυπική ισχύς που παράγεται από τέτοιου είδους υλοποιήσεις είναι της τάξης των μερικών βατ ή άντε αν οι λυχνίες είναι μεγαλύτερης ισχύος μερικές δεκάδες βατ. Εδώ η τάξη λειτουργίας είναι Τάξη Α με ότι αυτό συνεπάγεται σε κατανάλωση. Για παραγωγή μεγαλύτερης ισχύος μπορεί ο σχεδιαστής να παραλληλίσει περισσότερες από μία λυχνίες ώστε να πάρει περισσότερο ρεύμα από το στάδιο εξόδου (οπότε έχουμε την υποκατηγορία Parallel Single Ended).

Φυσικά και οι ενισχυτές διαχωρίζονται επίσης σε ενισχυτές τριοδικούς και  πεντοδικούς (που σε αυτούς ανήκει και η UltraLinear τοπολογία) αλλά αυτό έχει να κάνει με το είδος της λυχνίας που χρησιμοποιείται κάθε φορά στο στάδιο εξόδου (συνήθως τα στάδια προενίσχυσης υλοποιούνται με διπλοτριόδους) και τη συνδεσμολογία τους (ως προς τα πλέγματα αν είναι πέντοδοι).

Και τελειώνω με κάτι σημαντικό. Πρέπει να αναφέρω (καθώς αυτά τα άρθρα είναι γενικά και εντελώς εισαγωγικά) ότι κάθε τοπολογία στις υλοποιήσεις ενισχυτών με λυχνίες χαρακτηρίζεται (ως προς την ποιότητα του ήχου της) και από το ποσό της ανάδρασης (που έχει) ή δεν έχει. Η ανάδραση είναι ένα είδους «φάρμακο» που χρησιμοποιείται από τους σχεδιαστές (σχεδόν όλους) για να λύσει προβλήματα που προκύπτουν από την πρακτική εφαρμογή των κυκλωμάτων τους κάτω από πραγματικές συνθήκες χρήσης είτε λόγω του ότι τα υλικά του κυκλώματός μας δεν είναι τέλεια και δημιουργούν παραμορφώσεις, είτε όπου π.χ. το φορτίο, δηλαδή τα ηχεία μας, δεν είναι (που δεν είναι όσο κι αν θέλουμε να το πιστεύουμε) τέλεια ωμικά φορτία αλλά μιγαδικά με ότι συνέπεια έχει αυτό είτε στην απόκριση συχνότητας είτε στην παραμόρφωση είτε και στα δύο.  Ενισχυτές με μηδενική ολική ανάδραση υπάρχουν πολλοί και αυτό σημαίνει κυρίως ότι χρησιμοποιείται τοπική ανάδραση ανά στάδιο για τον περιορισμό των παραμορφώσεων αλλά όχι βρόχος ανάδρασης από την έξοδο προς το στάδιο εισόδου. Επίσης μεγάλοι σχεδιαστές έχουν ξεκαθαρίσει ότι λίγη ολική αρνητική ανάδραση δεν είναι κάτι βλαβερό αλλά χρησιμοποιείται για να υπάρχει πιστότητα μεταξύ τους σήματος εισόδου και εξόδου (αλλιώς πάει περίπατο ο ορισμός του τέλειου ενισχυτή που δεν είναι άλλος από το “straight wire with gain”!).

Γνωρίστε και εκτιμήστε ηχητικά κάθε είδος λαμπάτου ενισχυτή στην έδρα & showroom της Heaven Audio !