Japońskie wzmacniacze tranzystorowe z lat 80. i 90. oraz produkowane obecnie - porównanie parametrów i wykonania

[Romekd]

Czołem.
Miałem ostatnio okazję przypomnieć sobie konstrukcje kilku japońskich wzmacniaczy tranzystorowych z lat 80. i 90. oraz porównania ich z produkowanymi obecnie. Prawdę powiedziawszy nawet nie wiem czy te współcześnie sprzedawane mają cokolwiek wspólnego z dawnymi producentami, gdyż starsze modele takich producentów jak Yamaha, Pioneer czy Denon, z którymi miałem styczność, zawsze pochodziły z Japonii, a te współczesne zostały wyprodukowane w Malezji, Tajwanie, Wietnamie lub w Chinach. Być może z "oryginału" została w nich już tylko nazwa firmy...
Z miesiąc temu znajomy poprosił mnie o pomoc w uruchomieniu wzmacniacza Yamaha A-S201, w którym uszkodziła się końcówka mocy. Jest to najtańszy ze współcześnie produkowany modeli tej firmy o dość sporej mocy i nie najgorszych parametrach technicznych. Egzemplarz, który wpadł mi w ręce został wyprodukowany w Tajwanie. Front wzmacniacza wykonano w tym modelu z plastiku, podobnie jak pokrętło i przyciski przełączników, co powoduje, że wzmacniacz z wyglądu prezentuje się dość tandetnie.

.
W środku wygląda już dużo lepiej. Konstrukcja na oko wydaje się dość schludną, choć nie ma w niej zbyt dużo elementów.

.
Przełączanie wejść wzmacniacza, regulacje poziomu głośności i barwy dźwięku dla tonów niskich i wysokich zrealizowano na układzie scalonym typu BD3491FS (SMD) firmy ROHM Semiconductor. W stopniu wyjściowym użyto tranzystorów mocy o przewodnictwie typu NPN, tworząc z tranzystorami sterującymi układ quasi-komplementarny, z parą różnicową na wejściu, sterującą tranzystorem z obciążeniem rezystorowym w obwodzie kolektora, objętym sprzężeniem typu bootstrap.

.
Stopień mocy jest tu maksymalnie uproszczony - nie ma źródeł prądowych, ani luster prądowych we wzmacniaczu różnicowym, a górny z tranzystorów mocy pracuje w ogóle bez jakiegokolwiek prądu spoczynkowego, co oczywiście ma wpływ na parametry wzmacniacza. Poniżej uproszczony (dla zwiększenia przejrzystości usunąłem z niego tranzystory zabezpieczenia przeciwzwarciowego) schemat stopnia mocy.

.
Zaskoczeniem było dla mnie bardzo wysokie symetryczne napięcie zasilania stopnia końcowego, wynoszące w tym wzmacniaczu aż ±61 V. Przy takiej jego wartości uzyskano dużą moc wyjściowa wzmacniacza dla obciążenia 8 Ω, wynoszącą aż 2x100 W (przy jednoczesnym wysterowaniu i obciążeniu obu kanałów), oraz ogromną moc dynamiczną, która dla obciążeń 8/ 6/ 4/ 2 Ω wynosi odpowiednio 125/ 150/ 165/ 180 W.

.
Zauważyłem, że zasilacz napięcia symetrycznego ±61 V jest dość "miękki". Jego napięcie szybko przysiada wraz ze wzrostem mocy wyjściowej urządzenia. Przyczyna takiego stanu rzeczy wyjaśniła się gdy przyjrzałem się bliżej budowie transformatora sieciowego. Wszystkie jego uzwojenia zostały nawinięte drutem aluminiowym! Widać to dobrze na zdjęciach poniżej:

.
Tak "miękki" zasilacz powoduje, że gdy obciążyłem tylko jeden z kanałów rezystancją 5 Ω, udało mi się z niego wyciągnąć moc wynoszącą aż 216,7 W, co spowodowało, że temperatura wymienionych przeze mnie tranzystorów mocy osiągnęła po chwili pracy wzmacniacza 113°C.

.
Wartość szczytowa napięcia na sztucznym obciążeniu 5 Ω wyniosła podczas testów ponad 93 V.

.
W kolejnym poście przedstawię jak budowa wzmacniacza Yamaha A-S201 przekłada się na parametry sygnału na jego wyjściach.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Przedstawianie wyników pomiarów rozpocznę od charakterystyki częstotliwościowej, która dla neutralnego ustawienia regulatorów wyglądała następująco:

-
Podkręcenie poziomu tonów niskich do wartości maksymalnej podnosi ich poziom o prawie 10 dB, z tym, że maksimum podbicia występuje dla częstotliwości 41 Hz, co wg mnie jest błędem, gdyż zaraz poniżej tej częstotliwości występuje szybki spadek poziomu amplitudy, przez co basy tracą składowe o częstotliwościach leżących najniżej pasma akustycznego. Może takie rozwiązanie jest korzystne ze względu na bezpieczeństwo głośników niskotonowych, ale na pewno nie jest korzystne dla brzmienia wzmacniacza z uwydatnionym poziomem tonów niskich.

-
Podkręcenie poziomu sopranów na maksimum również zwiększa ich poziom o prawie 10 dB, z tym, że maksimum podbicia w tym przypadku występuje dla częstotliwości 30 kHz (na wykresie błędnie zapisałem, że jest to 40 kHz, ale ta częstotliwości też ma bardzo zbliżony poziom "uwydatnienia", więc już nie poprawiałem wykresu).

-
Przy próbie ujęcia poziomu tonów niskich najbardziej zmniejszany jest zakres w okolicach 41 Hz, a poniżej tej częstotliwości poziom wzmocnienia układu ponownie zaczyna rosnąć, co widać na wykresie.

-
A tak przedstawia się charakterystyka częstotliwościowa po maksymalnym ujęciu poziomów tonów niskich i wysokich:

-
Sprawdziłem poziom szumu (odstęp sygnału od szumu) dla różnych ustawień głośności (wzmacniacz nie ma potencjometru, a cyfrowy impulsator /enkoder/). Przy minimalnym /zerowym/ ustawieniu głośności, poziom szumów i zakłóceń na wyjściach wzmacniacza osiąga minimum (na wyświetlaczu zapala się napis MUTE).

-
Zmierzyłem jego odstęp w stosunku do sygnału 2 Vrms (tak ustawiłem poziom 0 dB na karcie pomiarowej), któremu odpowiada moc wyjściowa 0,5 W przy obciążeniu 8 Ω lub moc 1 W na 4 Ω. Poziom ten wyniósł -99,5 dB, co oznacza, że w stosunku do mocy wyjściowej 100 W na obciążeniu 8 Ω osiągnąłby aż -122,5 dB (byłby o 23 dB lepszy). Do wejść wzmacniacza podczas dokonywania pomiarów miałem włączone terminatory cinch o impedancji 1 kΩ. Niestety, ale tak dobry wynik, to efekt załączenia się dodatkowych tłumików sygnału, zrealizowanych na tranzystorach Q203 i Q204 (sztuczka producenta), umieszczonych bezpośrednio za układem BD3491FS, gdyż gdy tylko zwiększymy poziom wzmocnienia o jeden stopień, poziom szumów na wyjściu wzrasta o prawie 22 dB i pozostaje niemal stały aż do osiągnięcia pełnego poziomu wzmocnienia wzmacniacza, co widać na kolejnych wykresach.

-
Czyli np. podczas używania wzmacniacza z słuchawkami przy pełnym ściszeniu (MUTE) w słuchawkach będziemy mieli niemal idealną ciszę, ale gdy tylko zwiększymy poziom sygnału o jeden najmniejszy krok, poziom szumów wzmacniacza wzrośnie do pełnej wartości, a sygnału nadal nie będzie słychać, za to szum będzie słychać bardzo wyraźnie... Ten niekorzystny stosunek sygnału do szumu będzie się poprawiał wraz z podkręcaniem poziomu głośności dźwięku muzyki i uzyska wartość najwyższą dla pełnej mocy wyjściowej wzmacniacza.

-
W stosunku do pełnej mocy wyjściowej wzmacniacza (100 W/8 Ω; napięcie wyjściowe 28,28 V) odstęp sygnału użytecznego od szumu i zakłóceń będzie o ok. -23 dB lepszy, czyli dla pełnej mocy osiągnie ok. -100 dB (o ile na taki stosunek S/N pozwoli źródło sygnału audio; tyle producent podaje w danych technicznych w instrukcji urządzenia), ale w miarę ściszania wzmacniacza stosunek ten będzie ulegał pogorszeniu (o wartość spadku mocy w stosunku do pełnej, wyrażoną w decybelach). Wzmacniacz ma specjalny przycisk "PURE DIRECT", którego wciśnięcie nie zmienia ani poziomu szumów w stosunku do wyników uzyskanych sprzed jego załączenia (dla zerowego ustawienia regulatorów barwy dźwięku), ani nie zmniejsza poziomu wnoszonych przez wzmacniacz zniekształceń. Wyłącza jedynie regulację barwy, jeśli wcześniej z niej korzystaliśmy (po wyłączeniu "PURE DIRECT" ustawienia barwy powracają do tych sprzed naciśnięcia przycisku). We wzmacniaczu Yamaha A-S201 nie zastosowano filtru LOUDNESS.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Jak można się było spodziewać, brak prądu spoczynkowego tranzystorów mocy wpłynął na większy poziom zniekształceń nieliniowych, szczególnie przy niskim wysterowaniu wzmacniacza (przy małej mocy wyjściowej). Przedstawiają to wykresy zamieszczone poniżej.

-
Jak widać we wzmacniaczu występują zniekształcenia harmoniczne niskiego i wyższego rzędu, ale od mocy 0,5 W wzwyż ich poziom jest na tyle niski, że wzmacniacz zapewnia dobrą jakość reprodukowanego dźwięku, oczywiście przy niekorzystaniu z możliwości regulatorów barwy dźwięku, gdyż podkręcenie poziomu sopranów zwiększa poziom szumów, a podkręcanie poziomu basów podnosi niekoniecznie to w barwie dźwięku, czego moglibyśmy po tej regulacji oczekiwać...

Pozdrawiam
Romek

[Marek7HBV]

Witam.
Testów sprzętu {tak precyzyjnych } nie mogę przedstawić, ale trwałość i niezawodność oryginalnego japończyka z lat 80-tych potwierdzić już tak Ten oto

Denon PMA-530

gra już od połowy lat 80-tych bezawaryjnie i całkowicie zadowala swymi parametrami. Zastąpił Radmora, gdy okazało się, że praca z CD dla krajowego wyrobu jest ponad jego możliwości Jest to wzmacniacz typu DC Amplifier i służył do eksperymentów z infradzwiękami {kiedyś była tak moda } po podłączeniu odtwarzacza CD z pominięciem kondensatorów separacyjnych i stosowaniu płyt testowych i preparowanych {to już lata 90-te}. Wytrzymał te testy, ale głośniki już nie
Pozdrawiam

[AZ12]

Witam

Do czego w układzie wzmacniacza przedstawionego w pierwszym poście tego tematu służą rezystory 2,2Ω włączone szeregowo z bazami tranzystorów mocy?

[Romekd]

Witam.Testów sprzętu{tak precyzyjnych }nie mogę przedstawić,ale trwałość i niezawodność orginalnego japończyka z lat 80-tych potwierdzić już tak Ten otoDenon PMA-530.JPG gra już od połowy lat 80-tych bezawaryjnie i całkowicie zadowala swymi parametrami.Zastąpił Radmora,gdy okazało się że praca z CD dla krajowego wyrobu jest ponad jego możliwości .Jest to wzmacniacz typu DC Amplifier i służył do eksperymentów z infradzwiękami{kiedyś była tak moda } po podłączeniu odtwarzacza CD z pominięciem kondensatorów separacyjnych i stosowaniu płyt testowych i preparowanych {to już lata 90-te}.Wytrzymał te testy ale głośniki już nie .Pozdrawiam

Bardzo fajny sprzęcik. Faktycznie w torze sygnałowym nie ma kondensatorów separujących składową stałą (wliczając w to również stopień mocy). Jeśli tylko nie włączy się filtru SUBSONIC i nie skorzysta z regulacji barwy dźwięku, charakterystyka może być płaska od DC do krańca pasma przenoszenia wzmacniacza Głośniki "nie lubią" pracy z sygnałami infradźwiękowymi o dużych amplitudach, za to nasz słuch jest dość wrażliwy na przesunięcia fazy składowych w zakresie średnich częstotliwości. Dlatego regulacje barwy (kompensujące ubytki czułości słuchu przy niskich poziomach natężenia dźwięku) powinny przebiegać w zakresie tonów najniższych i najwyższych, bez wywierania większego wpływu na przebieg częstotliwościowy i fazowy w środkowej części pasma akustycznego.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Witam

Do czego w układzie wzmacniacza przedstawionego w pierwszym poście tego tematu służą rezystory 2,2Ω włączone szeregowo z bazami tranzystorów mocy?

Niektóre źródła podają, że rezystory te poprawiają liniowość wzmacniacza, jednak wg mojej oceny w tym konkretnym miejscu pełnią głównie funkcję bezpieczników, ograniczających skutki ewentualnych awarii stopnia mocy wzmacniacza. Często rezystory te są specjalnego typu - są to tzw. rezystory bezpiecznikowe, ulegające pełnemu przepaleniu jeszcze przed rozgrzaniem się do czerwoności (przeważnie dostają przerwy bez widocznych zmian w swoim wyglądzie zewnętrznym)

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Poniżej wyniki pomiarów zniekształceń intermodulacyjnych dla częstotliwości 250 Hz i 8 kHz, o stosunku amplitud 4:1 wzmacniacza Yamaha A-S201. I w tym przypadku najwyższy ich poziom występuje dla najniższych mocy wyjściowych wzmacniacza, a w miarę wzrostu wysterowania stają się one nieistotne (nie mają większego wpływu na jakość brzmienia).

-
Kolejne wyniki z badań wzmacniacza dotyczą zniekształceń IMD dla dwóch nałożonych sygnałów sinusoidalnych o tych samych amplitudach i częstotliwościach 19 kHz i 20 kHz. Na podstawie ich wielkości można ocenić jakość wzmacniacza - duża szybkość narastania napięcia wyjściowego i szerokie pasmo przenoszenia powodują, że ich poziomy pozostają stosunkowo niskie.

W kolejnym poście przedstawię wyniki pomiarów zniekształceń transjentowych Yamahy A-S201 i przejdę do przedstawienia wysokiej klasy wzmacniacza Yamaha AX-750, wyprodukowanego w roku 1991.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Przeprowadzane przeze mnie pomiary pokazują wyraźnie, że ze zniekształceniami TIM/DIM dobrze radziły sobie niektóre wzmacniacze wyprodukowane jeszcze w końcówce lat 70 i czasach późniejszych. Oczywiście dotyczy to wzmacniaczy tranzystorowych dobrych firm, a nie np. wzmacniaczy scalonych produkcji CEMI, czy wzmacniaczy produkowanych w tym samym czasie w Polsce przez nasze zakłady Zniekształcenia DIM najtańszego (produkowanego obecnie) wzmacniacza firmy Yamaha przedstawiają wykresy poniżej.

Pozdrawiam
Romek

[Einherjer]

RomekD Zadzwiająco dobre wyniki jak na tak prostą (prostacką wręcz) konstrukcję. Pary quasi-komplementarne nie są takie złe najwyraźniej. Nie jestem pewien czy większość użytkowników odczuje spadek poniżej 40Hz przy podbiciu basu, większość tańszych kolumn nie odtwarza tak niskich częstotliwości i tak. Rezystory w bazach tranzystorów mogą też zapobiegać wzbudzeniom. Zaleca je chociażby Bob Cordell w swojej książce.

[Romekd]

RomekD Zadzwiająco dobre wyniki jak na tak prostą (prostacką wręcz) konstrukcję. Pary quasi-komplementarne nie są takie złe najwyraźniej. Nie jestem pewien czy większość użytkowników odczuje spadek poniżej 40Hz przy podbiciu basu, większość tańszych kolumn nie odtwarza tak niskich częstotliwości i tak. Rezystory w bazach tranzystorów mogą też zapobiegać wzbudzeniom. Zaleca je chociażby Bob Cordell w swojej książce.

Również byłem zaskoczony wynikami pomiarów - po tym prościutkim układzie (pracującego bez prądu spoczynkowego tranzystorów mocy) spodziewałem się dużo gorszych wyników. Te jednak okazały się dość przyzwoite, choć i tak odnoszę wrażenie, że autor tego rozwiązania specjalnie dążył do ich pogorszenia w tym najtańszym z modeli Yamahy, by te droższe czymś szczególnym się jednak wyróżniały...
Poniżej schematy kilku współcześnie produkowanych modeli z logiem Yamahy (A-S201, A-S301/A-S501, A-S701) - widać na nich, że wraz z ceną liczba tranzystorów w stopniu mocy rośnie.

-
Co do regulacji barwy, faktycznie na małych zestawach głośnikowych różnica w częstotliwości działania filtrów może w ogóle nie być słyszalna, ale na dużych na pewno da się ją zauważyć. W kolejnych postach przedstawię starszą Yamahę, model AX-750 i w niej działanie regulatorów będzie zupełnie inne.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Jak już zapowiedziałem, w tym poście przedstawię starszy model wzmacniacza firmy Yamaha, model AX-750, wyprodukowany bodajże w roku 1991. Jest to ulubiony model mojego kolegi, który przyniósł mi go bym mu pomógł zlokalizować pewien problem, z którym ja spotykałem się już wielokrotnie w starszych wzmacniaczach różnych firm. Problem objawia się w ten sposób, że co jakiś czas, bezpośrednio po włączeniu urządzenia, w jednym z kanałów (lub obu) nie ma sygnału na wyjściu głośnikowym. Sygnał ten pojawia się nagle i już pozostaje gdy dość znacznie podkręcimy potencjometr siły głosu. Za taką usterkę odpowiadają przekaźniki odpowiadające za załączenie którejś z dwóch par kolumn głośnikowych, lub jeszcze dodatkowo przekaźnik, zapewniający opóźnienie załączania zestawów głośnikowych po uruchomieniu wzmacniacza (w sumie w AX-750 mamy na wyjściach stopni mocy trzy przekaźniki). Po kilkudziesięciu latach od daty wyprodukowania wzmacniacza ich wykonane ze srebra styki pokryte są czarną warstwą siarczku srebra, mającą właściwości izolujące od siebie odpowiednie pary zwartych styków. Gdybyśmy wymontowali taki przekaźnik i sprawdzili miernikiem oporność zetkniętych ze sobą par styków, połączenie wykazywałoby rezystancję od kilku omów do kilku lub kilkunastu kiloomów. Zasiarczanie styków w przekaźnikach wzmacniaczy następuje niemal zawsze, bo producenci używają przekaźników nie hermetycznych, do których łatwo wnika powietrze, zawierające pewne ilości związków siarki. Na kanale RS pan Krzysztof co prawda stwierdził, że styki te ulegają wypaleniu, wskutek robienia zwarć na wyjściach głośnikowych przez właścicieli wzmacniaczy, ale są to tylko jego przypuszczenia, nie mające wiele wspólnego z rzeczywistością. Mój kolega nigdy nie robił zwarć na kablach lub wyjściach głośnikowych, wszystkie trzy przekaźniki uległy w tym wzmacniaczu uszkodzeniu. Gdy kolega podkręcał głośność potencjometrem, podnosił napięcie między stykami przekaźników i w pewnym momencie dochodziło w nich do przebicia izolującej warstwy siarczku srebra. Niestety problem po kilku dniach powracał.
Wzmacniacz AX-750, wykonany został bardzo solidnie z dobrych pod względem jakości elementów. Poniżej kilka zdjęć tego sprzętu.

Panel zewnętrzny i wszystkie pokrętła wykonane zostały z metalu.
.
.

W środku zaskakuje mała wysokość radiatorów, jednak wzmacniacz został przewidziany do współpracy z zestawami głośnikowymi 6 Ω i 8 Ω, więc widocznie taka powierzchnia radiatorów okazała się wystarczająca.
.
.

Za to w każdym kanale zastosowano aż cztery tranzystory mocy, co wskazuje na dobrą wydajność prądową wzmacniacza (choć tylko w impulsach ).
.
.

Kondensatory elektrolityczne w filtrze zasilacza mają pojemność 14000 μF/63 V (każdy) i są to kondensatory firmy ELNA, zalecane specjalnie do zastosowań w sprzęcie audio wysokiej klasy (we wzmacniaczu Yamaha A-S201 pojemność kondensatorów wynosiła tylko 6800 μF, przy zbliżonej mocy wyjściowej urządzenia).
.
.

Elektronika wzmacniacza rozmieszczona jest na wielu płytach, na których można również znaleźć doskonałej jakości komponenty renomowanych firm.
.
.

Zaintrygowało mnie użycie miedziowanych śrubek, które mocują dolny dekiel (w zasadzie wszystkie śrubki są w tym wzmacniaczu miedziowane, nawet te później poczernione). Na znajdującej się na deklu naklejce znajduje się informacja, że śrubki w kolorze miedzi mają być wkręcane w kwadratowe otworki w deklu (mocują one metalową pokrywę do plastikowej konstrukcji spodu wzmacniacza, po co więc są pokryte grubą warstwą miedzi?)
.
.

.
W kolejnym poście przedstawię wyniki pomiarów AX-750. Są oczywiście dużo lepsze niż te zmierzone we wzmacniaczu A-S201.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Prezentację rozpocznę od przedstawienia charakterystyki częstotliwościowej i zakresu działania regulatorów barwy dźwięku. Większość informacji dotyczących ustawień wzmacniacza Yamaha AX-750 starałem się zmieścić na wykresach, wiec tu komentarz maksymalnie skrócę. Niech przemówią wyniki pomiarów.

-
Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Poniżej wyniki pomiarów zniekształceń THD dla częstotliwości sygnału 1 kHz na obciążeniu 8 Ω.

-
Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Zniekształcenia IMD dla sygnałów 250 Hz i 8 kHz, o stosunku amplitud 4:1.