2018. december 10., hétfő

Gyorskeresés

Erősítő, HiFi, a tranzisztoros és a csöves...

Írta: |

[ ÚJ BEJEGYZÉS ]

Tudásanyagunk

A néhány évtizede még jelentős rajongói tömeggel rendelkező Hi-Fi-tábor mára bizony már jócskán megfogyatkozott. A leginkább kitartó, a kiváló hangátvitel ügyéért lehetőleg minden követ megmozgató audiofilek tagsága még inkább lecsökkent. Ők azok, akik kitűntetett tisztelettel tekintenek a mára már kultikus tárgyként számon tartott alkatrészekre, főleg az elektroncsőre.

A téma furcsasága abban nyilvánul meg, hogy amíg 50-70 évvel ezelőtt nagyon sok ismerettel rendelkeztünk az elektroncsövekkel kapcsolatban, viszont ezek az eszközök gyakorlatilag mára majdnem kihaltak. Továbbá azok a nemzedékek, amelyek mindennapjait még a csöves technika jelentette, sajnos - a megszerzett tudással és gyakorlattal, napi tapasztalattal együtt - mára már nincsenek közöttünk. A mai fiatalok manapság nagyon keveset tudnak az elektroncsövek pár évtizede még közismert, tipikus tulajdonságairól. Ezen persze semmi csodálkoznivaló nincs, az elektroncső manapság szinte múzeumi tárgy. Ez a hiányosság azonban - szükség esetén - néhány régebbi, népszerű könyv vagy korabeli tankönyv átböngészésével, netán a www.elektroncso.hu oldalain található információk segítségével viszonylag hamar pótolható. Sokkal nehezebb azonban a különleges elektroncső-jellemzőket megismerni. Ezeket a korábbiakban a szakemberek közül is csak kevesek, például az elektroncső-fejlesztők, vagy ipari elektronikával, speciális műszerfejlesztéssel, egyes híradástechnikai, katonai eszközökkel foglalkozó, erősen specializálódott szakemberek ismerték, és a korabeli szakirodalomban is csak elvétve publikálták. Ezen tudásanyag birtokosai az idő haladtával szintén egyre kevesebben vannak, és bekövetkezik az az idő, amikor ez a tudás végleg elvész. A maradék tudásanyagból pedig még nehezebb lesz olyan következtetéseket levonni, amelyek az audiofil hangtechnikára vonatkozhatnak, pedig bizony vannak ilyenek!

Az ezekről szóló, az elektroncső korszakban is meglehetősen hiányos ismereteket különféle, látszólag egészen más tematikájú szakkönyvekben kell, illetve lehet felkutatni, és hamarosan már csak azokból lehet, ha ugyan lehetséges, vázlatosan megismerni.

Városi legendák

További, sajnálatos következmény, hogy manapság igen sokan a legfontosabb alapismeretek nélkül fognak elektroncsöves, tranzisztoros hangfrekvenciás áramkörök építésébe, és az ismeretek helyett városi legendák segítségével próbálnak tájékozódni, netán kiváló készülékeket építeni. A neten tucatjával találunk olyan fórumokat, legendagyárakat, amelyek hangtechnikával foglalkoznak, de ezek között sok az olyan, ahol vak vezet világtalant, ám hatalmas önbizalommal. Ugyanis a nyert tapasztalatok kiértékelése során sok esetben igencsak hiányzik a kellő alapvető műszaki szakismeret, akár már az Ohm-törvény szintjén is, és az értelmes, jópofa, talpraesett gondolatok mellett túl gyakran találunk csacskaságokat, badarságokat és madárjós szintű okfejtéseket. A tapasztalt jelenségek és azok fizikai, elektronikai értelemben vett, borzasztóan laikus véleményezése - szóban és írásban - számos esetben köszönő viszonyban sincs egymással.

A szerző abban a különleges helyzetben volt, hogy a Műegyetemi oktatás keretein belül számos elektroncsöves és egy-két Germánium tranzisztoros áramkörrel és azok működésével ismerkedhetett meg. Aztán a munkába állás után ezeket az ismereteket eléggé gyorsan el kellett felejtenie, mert ott, mint fejlesztőmérnök, először kizárólag Szilícium tranzisztorokkal, majd hamarosan integrált áramkörökkel találkozott. Nemzedékének emiatt jelentős ütemű, önkéntes továbbképzéssel kellett az ósdi tematikájú műegyetemi oktatásból hiányzó ismereteket pótolnia.

A neten tapasztalt problémák ennél összetettebbek. Gyakorta önjelelölt audio-pápák hirdetnek olyasmiket, ami az egész témakör komolyságát, hitelességét ássa alá. Ezek közül íme néhány kiváló apróság.

Az egyik megfigyelés során arról számolt be egy audiofil erősítőt építgető rajongó, hogy sokkal jobb akusztikai eredmény érhető el, ha az erősítő hálózati csatlakozó kábelét ezüstözött huzalra cseréljük. Egy másik javaslat szintén az ezüsthuzal témakörét feszegette, ezúttal a hangsugárzóban, a hangváltó rendszerén belüli réz vezetékek cseréje tekintetében, de szóba került az erősítő és a hangváltó közötti kábel réz vezetékének ezüstre cserélése is. A hangsugárzó dobozában ezüstvezetékkel machinálók számára ajánlom a lengők, a gyári induktivitások figyelmes megtekintését és a drótátmérő szemmel történő felbecslését. Az már az első pillanatban is látszik, hogy szinte bármely hangszóró lengője, a gyári váltószűrő tekercse aránytalanul vékony huzalból készül, amelyhez képest a külső ezüstvezetékezés teljességgel értelmetlen. Szokás manapság a hálózati trafót is ezüsthuzalból készíteni, és persze végképp nem mindegy, hogy a hálózati dugaszt milyen polaritással dugjuk be a fali konnektorba.

Elmondható, hogy mindegyik ötletben van valami ráció, csak hát nem sokkal több, mint pl. egy újabb örökmozgót illetően. Az viszont biztos, hogy rosszabb nem lesz tőle sem a hangsugárzó, sem az erősítő, de észlelhető változásra ne számítsunk.

Az ezüstnél nyilván valóan drágább az arany. Ha tehát berendezésünkben ügyesen halmozzuk ezen fémet, az arany alkalmazását, az nyilván drágább, természetszerűleg a beinvesztált nemesfém árával értékesebb is lesz, mint arany nélkül. Elektronikai és akusztikai szempontból azonban ne számítsunk változásra, mert ez a szokásos mennyiségű - egy maharadzsai pártfogó nélkül még ki fizethető - arany felhasználása mellett egyáltalán nem kerülhet szóba a hangfrekvenciákon. Például a tőzsdén akár eredményesebben is forgathatjuk nemesfém készletünket. Nagyfrekvenciás készülékekben, berendezésekben, főleg, ahol a költségek másodlagosak (pl. haditechnika), gyakorta alkalmaznak aranyozott szerkezeti részeket. Ha például egy 25um vastag rézfóliás nyomtatott áramkört néhány mikron vastagságú (pl. galván) arany bevonattal látunk el, a rézfólia korrózióállóbb lesz, és igen szerencsés esetben némi javulás is észlelhető a nagyfrekvenciás (néhány száz MHz-es, GHz-es) vezető képességben. Az áramkör működésében - nagyfrekvencián - ez talán kimérhető, talán nem. A változás többnyire a mérési, észlelési lehetőségek határán van.

A gyakorlatban nagyobb jelentősége van a Hi-Fi vagy audiofil berendezés egyes részei közötti huzalozásnak. Itt is azzal kezdődnek a dolgok, hogy hol és mit szereztünk be, és azt egy jóhírű gyárban, vagy egy sufniban, hulladékból dolgozva állították-e elő. Miután már nagyon jól ismerjük azt a "barátságos", jószomszédhoz illő effektust, amikor hazánkba hordják át a "sógorok" és mások a bálázott szemetjüket, akkor bátran kételkedjünk még további sok mindenben! Ne csak a bálázott, zsákolt csomagolóanyagokra, mint szeméttípusra, vagy a harmadosztályú, "akárhonnan" származó, alig rothadt, áruházi élelmiszerekre gondoljunk, hanem tekintsünk ferde szemmel az elektronikai alkatrészekre is, így például a kábelekre. Teljesen mindegy, honnan került hazánkba, ki és honnan hozta be a kábelt, annak eredete majdnem mindig kétes. A városi legendák tág teret szentelnek a legkülönfélébb, méregdrága kábeleknek, egyéb elektronikai alkatrészeknek. Voltaképp nem felfelé kellene tekintgetnünk, ha jó minőségű árut szeretnénk beszerezni, hanem lefelé. Arra kell ügyelnünk, ha egyáltalán az lehetséges, hogy ne valamelyik hangzatos sufnicégtől szerezzük be - méregdrágán - alkatrészeinket. Ne az legyen a célunk, hogy még a legjobbnál is jobbat vásároljuk meg, hanem lehetőleg ne vegyük meg a bóvlinál is vacakabb terméket. Ez pedig egy kis körültekintéssel megelőzhető, például olyasmivel, hogy észrevesszük a termék feliratán a nyelvhelyességi hibát, amit a hamisító vétett a méreg drágán árusított silány másolmányon. Ne higgyük, hogy a másolás és hamisítás és lebukás új dolog. Íme, egy hazai eset. Posztógyáraink az 1700-as, 1800-as években kiváló posztót gyártottak, amelyet jó áron tudtak eladni. Nosza, a sógorék is nekiálltak a posztó készítésnek, csak valahogy az övék silányabbra sikeredett. A márka védelme okán a hazai posztó gyártók beleszőtték az anyag szélébe, hogy: "Honi posztó": A márkavédelem ezen egyszerű fogás ellenére is jól működött, mert a sógorék is bele szőtték ugyanezt, ám de így: "Honi poszló". Pontosan ilyen primitív természetű hibákat találhatunk a sufnikban gyártott alkatrészeken, kábeleken stb. Figyeljünk oda!

A hazai kereskedelemben kapható elektronikai holmik, alkatrészek, szerelési anyagok ritkán képviselik a csúcsminőséget, különben aligha volnának eladhatók. Másrészt az ár és a minőség sincs közvetlen kapcsolatban egymással, aminek ugye, számos közismert oka is lehet. Gondoljunk csak a nagy márkanevek sűrű előfordulására egy igen nagy országban készült termékeken, amelyek aztán jó esetben, vámraktárakban és égetőkben kötnek ki itthon.

Sajnálatos például, hogy pont a kábelek különösen megbízhatatlanok. Van ugyebár a belső vezető réz ér. Ugyan ki gondolná, hogy van "ilyen" és "olyan" réz is, magyarán szólva tiszta és némileg tisztított réz. Ez utóbbi gondosan tisztított anyag, bár ahhoz, hogy a vezetőképessége olyan legyen, mint ami elvárható, mint amire a különféle számításoknál használt táblázatokat, képleteket alapozták, ahhoz bizony még tisztogatni kellene egy kicsit. Akkor lenne az a vörösréz tiszta, igen jó vezetőképességű, például négykilences. Ami azt jelenti, hogy a szóban forgó rézhuzal, sodrat, miegymás réztartalma 99,99%, és csupán 0,01 % szennyező anyagot tartalmaz. Ez a minőség azonban igen drága, a gyakorlatban ennél kissé gyengébb (szennyezettebb) változattal találkozunk, ami még a tisztítás költségei szempontjából elfogadható. Ezzel szemben vannak azok a cégek, amelyek nem nagyon foglalkoznak a minőséggel, csupán a végtermék alacsony ára lesz a döntő. A minőségromlás pedig a gyengébb tisztítás következtében már jelentős változást jelent, és ez észrevehető a hosszabb huzalok, kábelek ellenállásának növekedésében.

Egy-két darab, néhány centiméteres bekötőhuzal esetében a különbség egyáltalán nem számottevő, de egy kiterjedt kábelezés, például bármely célú hangosítási rendszer - vastag - hangszóróvezetékei esetében is már igen csak észrevehető lehet, főképp kis impedanciás (4-6 Ohm-os rendszer) esetén. Egy-egy olcsóbb kiskereskedelmi "music center" esetén a viszonyok egészen hajmeresztőek lehetnek. Alkalmunk volt egy ilyen, egy neves cég által gyártott szerkentyűt a kicsomagolás után megtekinteni és meghallgatni. A névlegesen 2x40 Wattos, hat hangsugárzóval kínált, rádiós, CD lejátszós csodalény az ökölnyi hangsugárzókat mintegy 0,5 mm2-es réz sodrattal rendelkező, a szigeteléssel együtt pedig 1,5 mm2 vastag, a hangsugárzókba örökre rögzített „kábeleken" keresztül hajtotta meg, beleértve a nem is csekély méretű, teljesen csillapításhiányos, puffogó szub-basszus ládát. A látottak és hallottak után pedig nem illett kuncogni. A vásárlásaink során tehát a valóban jót, de nem méregdrágát és azon belül is lehetőleg az eredetit és ne az "óccót" keressük, bármilyen hangzatos márkanév tekint is vissza az alkatrészről, szerelvényről, kábelről stb. Ha valami feltűnően drága, akkor még az is előfordulhat, hogy rosszabb, mint egy középszerű gyártmány. Nagyon sok termék készül a híres NoName műveknél, a bambuszkunyhókban.

Összehasonlítás

Egy nagyon fontos momentumot nem szabad elfelejteni az elektroncsöves és a tranzisztoros árarnkörök viselkedésének lényegbe vágó különbsége között. A döntő különbség abban rejlik, hogy az elektroncsövek jóval egyszerűbb felépítésű, kellemesebb, a gyakorlatban egyúttal kifejezetten szelídebb viselkedésű aktív elemek, mint a félvezetők, noha ez az értékelés első olvasásra furcsának tűnhet. A fenti megállapításnak több aspektusa is van.

Adott esetben például egy Si tranzisztor működésének precíz leírásához hozzávetőleg legalább 70-80 paraméterre van szükség, bele értve ezen paraméterek bonyolult, szövevényes, többszörös egymásra hatásait is. Vannak esetek, amikor ennyi paraméter birtokában is találkozunk váratlan működéssel.

Az elektroncsövek esetében jóval kevesebb paraméter kerülhet egyáltalán szóba, és már 20-25 paraméterrel szinte tökéletesen jellemezhető az elektroncső viselkedése, még különleges körülmények, felhasználási módok esetén is! Amíg a félvezető, például egyetlen tranzisztor is a működését tekintve meglehetősen komplex és többnyire gyors vagy igen gyors, gyakorta pedig túl gyors jószág, az elektroncső minden külső jel ellenére nagyon is egyszerű működésű és nem kapkodja el a dolgát. Ez azzal a körülménnyel jár együtt, hogy számos olyan hatás, ami a félvezetők (tranzisztorok) esetében a túlzott sebesség folytán súlyos probléma is lehet, a cső esetében ismeretlen. Rögtön itt kell megjegyeznünk azt, hogy nem szerencsés a két aktív elem keverése egy hangfrekvenciás áramkörön belül, mert egy félvezető beépítésével egy csöves áramkörben könnyen, egy pillanat alatt elveszíthetjük a csöves kapcsolás viselkedésének puritánságát és az abból adódó fontos előnyöket, a hang tisztaságát. Erről persze vannak szintén bőven városi legendák.

A csöves áramköröket tartalmazó különféle természetű kapcsolások, például műszerfélék iparszerű, sorozatgyártásban történő bemérése közben a legtöbb esetben nem lehetett találkozni hónapokig, netán évekig sem nagyfrekvenciás gerjedéssel. Ha volt mégis ilyen, az valami fatális hiba, például valami csacska elkötés következménye volt, és ritkaságszámba ment. Tranzisztoros áramkörféleségek esetén más volt a helyzet. Ha az áramkör nem volt tudatosan a tervezője által felkészítve (például tapasztalatlanságból) a különböző tipikus gerjedési helyzetek elleni védekezésre, akkor szinte biztos esemény volt a nagyfrekvenciás, gyakorta néhány száz MHz-es gerjedés. Ezt a helyzetet a félvezető ipar gyártási bizonytalanságai is előidézhették, és ezt számos Hi-Fi erősítő építése közben úgymond "be lehetett nyelni", főleg. a bizonytalan eredetű fél vezető készlet jóvoltából. Egyszerű, ám egyáltalán nem ritka vagy különleges eset volt a 2N3055, az évtizedekkel ezelőtt nagyon népszerű végtranzisztor, az "elektronika igáslova" esete. Minden ilyen, márkajelzés nélküli, noname (ismeretlen eredetű) végtranzisztor "sötét ló" volt, és ez bizony nem túl sokat változott akkor sem, ha volt rajta márkajelzés. Az egyik gyártó kifejezetten lassú, például (tranzitfrekvencia) fT = 16 kHz-es példányokat gyártott, más cégek jóval gyorsabbakat kínáltak, míg a hazai típusok egy "egészen kicsit" gyorsabbak voltak: fT = 4 MHz-es példányokat lehetett tőlük vásárolni. Szinte látatlanban meg lehetett jósolni, hogy egy akármilyen Hi-Fi erősítő másképpen viselkedett a 16 kHz-es, az olasz 800 kHz-es és a hazai 4 MHz-es fT-jű 2N3055-tel, nem is említve a híres noname cég termékeit. Ne higgyük, hogy a helyzet mára sokat változott! A neten a mai kínálatra rákeresve, 26 cég ajánlatában találjuk meg a típust, és az eszköz sebessége gyakorlatilag minden cégnél más és más. Szúrópróba szerűen keresgélve, 800 kHz és 6 MHz közötti fT-vel rendelkező típusokkal találkoztunk. Ha tehát ilyen apróságokra nem terjed ki a figyelmünk, mint a gyártó és az fT viszonya, akkor bármi bekövetkezhet az otthoni bütykölgetés közben. És akkor még el sem jutottunk bétához és a nagy jelű áramerősítési tényezőhöz, amelyet néha meg sem különböztetnek egymástól.

Az említett példa a létező legegyszerűbbek közül való. Mindenesetre, az már néhány mérés után kiderült, hogy a gyorsabb példányokkal egy egyszerű felépítésű Hi-Fi erősítő tipikusan valamivel nagyobb sávszélességet produkált, mint a jóval lassabb példányok. A gyorsabb példányokkal viszont megnőtt a végfok gerjedésének valószínűsége. Viszont amíg egy elektroncsöves kapcsolás az utánépítők szemében egy meglehetősen stabil jószág, ami szinte maradéktalanul hozta, hozza az eredeti kapcsolás minőségét, jellemző tulajdonságait, addig a félvezetős kapcsolások zömének utánépítése arról tesz tanúbizonyságot, hogy a félvezetők hisztérikus viselkedése túlságosan is gyakori. Ilyenkor természetesen a kapcsolás ismertetője, a szerző a hibás, mert hiszen a beszerzett félvezetők közül mindegyiknek „van” Bétá-ja, azaz mindegyik példány kifogástalan ...

Tulajdonképpen nagyon kevés, ritkaság számba menő az olyan fél vezető kapcsolás, amely nagyobb számú utánépítés alkalmával ne mutatná ki a foga fehérét, azaz első bekapcsolásra hibátlanul működne. A szerző tapasztalatai szerint a QUAD 405-ös erősítő volt az a kapcsolás, amely amatőr utánépítése során - a legváltozatosabb félvezető készlet mellett is - jól hozta az eredeti kapcsolás alap jellemzőit. De ezt a szerencsés, véletlen kivételek közé is sorolhatjuk, mert nem tipikus. Gyorsabb félvezetők esetében a helyzet ennél sokkal bonyolultabb is tud lenni. A gyári beszerzés során gyakorta fontos előírás volt az fT meghatározott, minimális értéke. Persze valamennyi gyártó gondosan ügyelt az abban a félvezető családban kritikusnak nevezhető paraméterekre. Így azután szinte természetes volt, hogy az iparban igen nagy példányszámban felhasznált tranzisztorféleségek fT értéke az összes gyártói katalógusban azonosra sikeredett (pl. 2N2369A, szinte majd' mindegyik cég gyártotta). Igen ám, de a helyzet a felhasználónál - a gyakorlatban - ennél sokszorta bonyolultabb volt. A különböző cégektől beszerzett gyártmányokat felhasználva, döntő különbségek mutatkoztak az egyes cégek termékei között a kritikus, hasznos nagyfrekvenciás sávban. Első sorban az impulzus átvitel tulajdonságait illetően, ahol néha hajmeresztő eltérések is előfordultak.

A megkísérelt reklamáció több cég esetében is eredménytelen volt, ugyanis a katalógusban rögzített adatoknak (például fT stb.) minden gyártmány annak rendje és módja szerint megfelelt. Előfordult a reklamációs tárgyalásokon, hogy a gyártó szakembere nem is értette, vagy úgy tett, hogy nem is érti a reklamáció lényegét, mondván, hogy a típus paraméterei megfelelnek a katalógus adatainak, ugyan úgy, mint a más gyártók esetében is. A gyakorlatban - függetlenül a gyártó cégtől és kontinenstől - a katalógusadatok alapján nem lehetett a félvezetők viselkedése tárgyában reklamálni, ugyanis ebből a szempontból a félvezetők mind megfelelőek voltak. Az ördög a részletekben bújt el. A különbség minden bizonnyal a katalógusban nem közölt, vélhetően több tucatnyi, rejtett paraméterben volt, amiről már senki nem beszélt, és amit senki nem közölt. Nem egy és nem két félvezetővel kapcsolatban lehetett ilyen tapasztalatokat szerezni, és szerencsésebb adottságú helyeken erre volt megoldás is. Nyilván, ahol csupán néhány ezer példány vásárlása és/vagy problémája kerülhetett szóba, a témát gyakorta a szőnyeg alá seperték. De nem mindenütt volt így. A gyártmány szériák nagysága erősen változó lehetett (néhány száz, néhány ezer évente) cégenként és gyártmány típusonként, de azért sokkoló volt, amikor a kezünkbe került egy újszériás Tektronix gépkönyv, amelynek az első oldalai valamelyikén az volt olvasható, hogy ez a gépkönyv a 280 ezres szériaszámtól érvényes. Ismétlem, egy új, első szériás készüléktípusról volt szó, és ismert volt, hogy a gépek számozását az l-es számtól kezdték. Nos, az ilyesféle helyeken szokásban volt egy olyan - különleges - félvezető raktár létesítése, ahol ugyan normál félvezetőket tároltak, és rendre azonos típusokat, de gyártónként!

Szükség esetén össze lehetett hasonlítani, már a fejlesztés szintjén is, tíz-tizenöt cég azonos típusszámú félvezetőjének olyan (rakoncátlan) viselkedését, amelyről a katalógus (és a gyártó) nem szolgáltat adatot. A szerencsétlen amatőr vásárlónak pedig gyakorta fogalma nincs arról, hogy milyen forrásból és milyen szériából származó, milyen sajátságos, a katalógusban természetesen nem közölt nyavalyával megáldott félvezető halmazba sikerült belenyúlnia az imént a szaküzletben, vagy a netes beszerzés során. Ugyanekkor szinte biztos, hogy az eladónak éppen úgy nincs fogalma ezekről a katalógusban nem közölt jellemzőkről, mint ahogy a vásárlónak sem. Hibás vagy nem elvárt működés esetén szinte mindig előkerül a félvezető példány cseréje, mint rutinmegoldás, ami vagy tényleg megoldja a problémát, vagy nem, de hogy miért, vagy miért nem, arról senkinek fogalma nincsen. Ez az a problémakör, amivel csak a félvezetők felhasználása, a félvezetős kapcsolások megépítése során szembesültek a szakemberek és az amatőrök. Sajátos, hogy számos kapcsolásféleség nem különösebben érzékeny a félvezetők katalógusadatokon túli jellemzőire, azok zavaró hatásaira. Ám éppen a Hi-Fi és az Audiofil témaköre az, ahol ezek a hatások esetenként roppant fontosak, meghatározóak egy-egy kapcsolás, megépített erősítő minősítésénél.

Szinte természetes, hogy amennyiben egy darab félvezető mindössze néhány kritikus, érzékeny, katalóguson kívüli paraméterrel rendelkezik, addig már egy kisebb, néhány tranzisztorból felépített kapcsolás ezen paraméterek egymásra hatása következtében a nem várt hatások tucatjaival bosszanthatja konstruktőrét. Így adódik az a helyzet, hogy az első pillanatban szépnek tűnő hangzású erősítő azután hosszú hónapok munkája során az ilyen és olyan módosítások hosszú folyamatát kell elszenvedje. Mindezt annak ellenére, hogy a kapcsolást gondosan (tervezőprogrammal) maga tervezte, avagy sokak által kipróbált és jónak minősített kapcsolást épített meg.

Az elektroncsöves korszakban az ilyesmi egyszerűen nem volt ismeretes, nem volt ilyen. Ha a kritikus alkatrészt (például kimenőtrafót) vagy egyéb alkatrészeket valaki megbízható helyről szerezte be, vagy korrekt leírás alapján készítette, készíttette el, akkor a megépített erősítő is legtöbbször jól hozta az elvárt, az eredetihez képest igen hasonló,jó eredményt. Az elektroncső esetében ugyanis nincs az üzemi frekvenciasáv feletti további néhány száz MHz-es felesleges üzemi frekvenciatartomány, ahol a félvezetők esetében a rakoncátlankodás szokott történni, és ahol a hangfrekvenciás sávba visszaszivárgó zagyva intermodulációs termékek garmadája készül, igen változatos módon és igen nagy mennyiségben.

A félvezetőkről

Amikor valaki csöves erősítőt épít, akkor nagyon kevés adateltérés szokott előfordulni az egyes csövek között. Erről többnyire már a cső gyárak szoktak gondoskodni a gyártás során, kiválogatva a szélsőséges en eltérő adatokkal rendelkező példányokat. A félvezetők esetében a gyártás során nem túl gyakori a típus válogatása, és ha van is ilyesmi, akkor attól sem lehetünk túl boldogak, mert egyes példányok között még mindig túl nagy paraméter-eltérésekre számíthatunk.

Amíg a félvezető a hosszú idő átlagában stabil, tulajdonságai nem változnak, addig a cső idővel öregszik, és ezt eleve bele lehet, bele kell számítani az építendő erősítőbe. Ezzel szemben egy félvezetős erősítőnél a véletlenszerűen beszerzett félvezető készletnél senkinek fogalma nem lehet arról, hogy milyen tulajdonságú eszközöket vásárolt a boltban, és ezen sem a bétamérés, sem a precíz, ipari szintű karakterisztika rajzolós, nagyfrekvenciás stb. mérés sem segít. Ez majd az erősítő első bekapcsolása, méricskélése, meghallgatása után fog lassanként kiderülni.

A félvezetők esetén szinte minden paraméter valahogy ráhat néhány másik paraméterre. Vegyük például a hőmérsékleti hatásokat. A félvezető kristály pillanatnyi üzemi hőmérséklete számos külső és belső körülmény, paraméter hatásától függ, mindeközben az üzemi hőmérséklet szinte minden más félvezető paraméterre hatással van. Ez végül is túlontúl bonyolult, a gyakorlatban szinte teljesen kezelhetetlen működést, újabb és újabb oda-vissza hatást okoz. Egy ilyen hatás precíz kézben tartása már egyetlen félvezető alkatrésznél is alig átlátható, nem is említve egy integrált áramkör esetét. Ha pedig arra gondolunk, hogy egy félvezető paraméterei könnyedén hozzá járulhatnak egy erősítő hibás működéséhez, például egy nem várt torzítás megjelenéséhez, akkor belátható, hogy a félvezetők esetén nehezebb dolgunk van a működés elemzése során, mint bármikor is az elektroncsövek esetén volt a múltban. Vegyük például a nagyfrekvenciás viselkedés bonyolult problematikáját, amivel többnyire senki sem szeret foglalkozni, pedig a torzítások kialakulásában a szerepe döntő.

A félvezetők alapproblémája, hogy hangfrekvenciás szempontból (talán) túl jók, túl gyorsak is. Ez kissé furcsán hangzik, de a túlzott sebességből számtalan olyan hatás keletkezik, ami végül automatikusan a félvezetős erősítők ismert és jogos rossz híréhez vezetett. A feleslegesen nagy sebesség, a túlzottan jó nagyfrekvenciás átvitel azt eredményezi, hogy az a kis hiba, ami valamely átvitel során keletkezik, szinte korlátlanul, amplitúdóban alig változva terjed tovább a frekvenciatartományban. Valahogy a keletkezett hibajel sehogy sem akar csillapodni, megszűnni, helyette az eredeti jel különféle másodlagos hatások, pl. linearitáshibák miatt a hangfrekvenciás tartomány fölötti régióban összeadással, kivonással, szorzással stb. újabb és újabb, másodlagos hibajeleket gerjeszt, és az eredeti hangfrekvenciás jel gyakorta zajongó, zsibongó, nyüzsgő torzítási termékekkel lesz tele, az akárhány MHz-es tartományban is.

Ezek a zajongó termékek aztán a működés során - többnyire a negatív visszacsatolás révén - akadálytalanul visszakerülnek az aktív hangfrekvenciás tartományba, és ott egymással és a hasznos jellel keveredve kaotikus viszonyokat hoznak létre. Nagyon nagy szerep jut a torzítási komponensek előállításához a görbe félvezető karakterisztikának, ami a kombinációs termékek melegágya. Ezek a történések - ha szerencsénk van - lehetnek még nem túl zavarók, eléggé diszkrétek, de lehetnek igen agresszívek is, és többnyire ez utóbbi a biztos találat. Tulajdonképpen az a konstruktőr jár jól, aki képes a túl gyors eszközök ügyes megfékezésére és a felesleges sebesség visszafogására. Ebben a küzdelemben akkor jár a legjobban, ha a negatív visszacsatolást vagy elhanyagolja, vagy minimalizálja.

A teljes erősítőt érintő negatív visszacsatolás segítségével ugyanis többnyire feleslegesen egérutat nyernek (a bemenetre jutva) bizonyos káros kimeneti jelek. A visszacsatolás nincs tekintettel arra, hogy a bemeneti jel és az erősítőben végigfutott, így idekésleltetett kimeneti jel időben nem egyeztethető össze, és így egymással - összegzési hiba nélkül - nem egyesíthető, különösen a jelentősen "elcsúszott" nagyobb frekvenciák vonatkozásában. Ebből aztán hibajel keletkezik, ami majd szépen végigcsörömpöl az erősítőn, és újra visszakerül- ismét késéssel - a visszacsatolás révén a bemenetre, és így tovább ...

A félvezetős erősítőben állandó veszély a gerjedés, ami nem a szokásos, egyszerű, csöves visítás, amit elődeink képesek voltak többnyire oly könnyen, a kimenőtrafón két drót felcserélésével megszüntetni, hanem rejtelmes és néha iszonyú bosszantó.

A mai félvezetők alkalmas (szerencsétlen) áramköri topológia mellett tetszés szerinti frekvencián képesek gerjedni, de főleg a néhány tíz, néhány száz MHz-en. Aztán amatőr legyen a talpán, aki könnyedén felfedezi, mi gerjed, hol gerjed fél Gigahertzen ...

A gerjedés is egy alkalmas jel, amit lehet erősíteni, hozzákeverni a műsorjelhez, és néha csak némi torzítást generál. Esetleg nagyobbat is, de voltaképp valami hibás félvezetőre, elkötésre gyanakszunk, és nem a 400 MHz-en serényen gerjedő emitterkövetőre. A szerző kezébe került már évek óta gerjedő erősítő, amit megépítője boldogan használt, igaz, szerinte is kissé karcos volt a hangja és nagyon melegedett üresjáratban is... Egy biztos: jó félvezetős erősítőt nem egyszerű építeni, viszont általában nem jár együtt áramütéssel...

Az előny az elektroncsőnél van

Az elektroncsövek esetében mindig is csak a kifejezetten nagyfrekvenciás célokra gyártott típusok voltak alkalmasak széles sávú működésre, 10-20 MHz fölött számottevő erősítésre. A csöves korszak évtizedei során komoly küzdelem folyt az elektroncső tervező laborokban annak érdekében, hogy a mikrohullámú technikában, az FM rádióvevőkben, tévékészülékekben az újabb áramköri kihívásoknak képesek legyenek megfelelni a csövek. Alapvetően szinte mindig az eszköz csekély sebességével adódott probléma, amely közvetlen vagy közvetett módon kihatott a végtermék minőségére. Amikor megjelentek a Ge félvezetők, az úgy hatott, mint egy újabb istencsapása, mert azok még melegedtek is, amellett, hogy a sebességgel itt is volt gond.

A szilíciumtranzisztorok és az általuk építhető, gyors nagyfrekvenciás áramkörök megjelenésével a sebességi problémák egyes területeken lényegében megszűntek. Ezzel szemben a nem mindig és nem mindenütt kívánatos, túl nagy sebesség egy nem várt helyen kezdett gondokat okozni. Olyan gondokat, amelyeket a mai napig nem sikerült kiküszöbölni. Ez pedig az élethű hangátvitel témaköre. A szerző nemigen vár változást ebben a témakörben.

Különleges csőhibák

Az elektroncsövek, főleg a trióda egyszerű, átlátható belső felépítéséből automatikusan egyszerű és nem is túl nehezen átlátható működés következik. Lényegében csak két olyan különleges hatással számolhatunk, ami a Hi-Fi és az Audiofil témaköröket érintheti.

Az egyik probléma kifejezetten kisfrekvenciás jellegű, és a gyakorlatban könnyebb kimérni, mint meghallani. Számos műszerben találkoztak a konstruktőrök azzal a problémával, hogy az elektroncsövek emissziós rétegének, továbbá katódjának működése kisfrekvencián eltér az elképzelésektől, és adott körülmények fennállása esetén egy különleges hibajelenség mutatkozhat. Ha az elektroncső katódjának viszonylag csekély a tömege, továbbá a katód fűtése és emissziós rétege valamilyen konstrukciós körülmény folytán erre a hibára hajlamos, a katód (anód-) áram képes számottevően visszahatni a katód hőmérsékletére, ami nagyobb pillanatnyi katódáram esetén a katód pillanatnyi lehűlését eredményezi. Talán azt is mondhatnánk, hogy az anód mintegy megszívja a katódot az elektronáram segítségével. A lehűlés viszont visszahat a katódáramra, az emisszióra, vagyis azt csökkenteni igyekszik. Ez a jelenség egy meglehetősen lassú, és időben állandóan késleltetett, nemlineáris folyamatot eredményez. A gyakorlatban azonban a katód viszonylag nagy tömege miatt csak a lassú katódáram változások hatásai érvényesülnek, vagyis a jelenség csak a legmélyebb hangok tartományában mérhető ki. Ebben a tartományban viszont harmadrendű torzítást okoz. A katód ilyen formában való működése csőtípusonként változó, és minél nagyobb az elektroncső katódjának tömege, annál kisebb frekvencián jöhet létre, ha egyáltalán - észlelhetően - létrejön. Több esély van egy előerősítő cső torzításának észleléséhez, mint egy jelentős tömegű katóddal szerelt, komolyabb végcső esetében. A gyakorlatban ezzel a torzítással több okból sem szoktak foglalkozni. Egyrészt a csöves erősítők nagy százalékában a végfokozat kimenő transzformátoros, és régi jó szokás minden mélyhangú hibát a kimenőtrafónak tulajdonítani. Másrészt akár van kimenőtrafó, akár nincs, az igen mély, néhány Hz-es hangok tartományában tapasztalható (kimérhető) torzításra a fül nem érzékeny, tehát szinte olyan, mintha nem is lenne ...

A másik csőprobléma viszont szinte nekünk dolgozik! Az elektroncső a különböző konstrukciós tényezők folytán alapvetően egy lassú eszköz. Nem elég, hogy lassú, de nagyfrekvencián egy alattomos hibával is rendelkezhet. Ha erősítőnkben nem kifejezetten nagyfrekvenciás, a mikrohullámokra tervezett elektroncsövet használunk, és ugyan miért is tennénk ezt, akkor a cső katódkivezetése, vezérlőrácsa és egyéb belső alkatelemei nagyfrekvencián, furcsa módon kezdenek viselkedni. Az elektronok véges futási sebessége miatt, a katód-rács távolság megtételéhez szükséges idő nem túl szapora nagyfrekvencián is kezd összemérhető lenni a jel periódusidejével. Ebből következő en fáziseltolás keletkezik a vezérlőjel és a katódáram pillanatnyi értéke között, ami megváltoztatja a rács eddig tisztán kapacitív jellegű vezérlő hatását úgy, mintha az eredeti kapacitív összetevő mellett egy tisztán ellenállásos összetevője is lenne. A hatás úgy jelentkezik, mintha az eddigi egyszerű katód-rács kapacitással párhuzamosan lenne kötve egy elektronikus bemeneti ellenállás. A konstrukciótól és az adott frekvenciától messzemenő függésben ennek az ellenállásnak az értéke széles tartományban változhat. Tehát meghatározott frekvencia fölött megjelenik egy ellenállás, ami látszólag párhuzamosan van kötve a katód és a rács közötti légüres térrel. Általában mely szakembereket szokott ez a probléma foglalkoztatni?

Gyakorlatilag kizárólag a 10-100 MHz-es, hangolt fokozatokat tartalmazó erősítők, oszcillátorok konstruktőreit, mert pl. egy tévé vagy URH-vevő középfrekvenciás erősítőjében lehet kritikus, hogy a cső ezen bemeneti ellenállása mely frekvencián és milyen mértékben terheli a hangolt köröket, azokat a különleges elektroncsöveket, amelyeket kifejezetten ezen áramkörök céljára fejlesztettek ki. Az irodalomban vagy a neten nagyon kevés adatot találunk arra vonatkozóan, hogy ugyan mekkora is ez az ellenállás például a speciális, nagyfrekvenciás csöveknél. Más, nem kifejezetten nagyfrekvenciás csövek esetében pedig semmilyen adat nem lelhető fel. Persze, amit végül találunk, az bizony meglepő is lehet. Néhány ilyesféle, régebbi és viszonylag újabb elektroncső esetén, 100 MHz frekvencián mérve, 500 Ohm és 3,5 kilo Ohm közötti érték fordul elő, ami meghökkentő is lehet egyesek számára. A bemeneti ellenállás a frekvencia és a csőmeredekség függvényében számítható is, azonban a képlet ismeretében sem megyünk túl sokra, ugyanis a képletben szereplő K az elektroncső egy speciális jellemzője, amelyet csak a gyártó ismer.

Miért is fontos ez a megjegyzés? Azért, mert amíg például egy mikrohullámú erősítőben (kf-erősítőben) tudatosan törekszenek arra, hogy a katód hozzávezetés a lehető legrövidebb, a lehető legkisebb induktivitású legyen, addig egy audiofil erősítőben a mikrohullámú huzalozás egyes s más szempontjai legtöbbször szóba sem kerülnek. (A "szép" huzalozás gyakorta sokkal többet nyom a latban.) Az audiofil erősítőben felhasznált elektroncsövek kiválasztásánál sem szokott szóba kerülni a kifejezetten nagyfrekvenciás célokra gyártott elektroncsövek alkalmazása, ellenkezőleg.

Mi is következik mindebből? Roppant mulatságos, hogy mindaz, ami egy mikrohullámú berendezés tervezése, megépítése során kellemetlen műszaki korlát, bosszantó körülmény, nehézség, az egy audiofil erősítőben az optimálisabb választás!

A felhasznált csövek jellemzően eredetileg is hangfrekvenciára készültek. Ha utána mérnénk, kiderülne, hogy nagyfrekvenciásan a működésük csapnivaló, már jóval 1 MHz alatt is, hihetetlenül kis képzetes bemeneti ellenállással terhelik az előző fokozatot. Erre még rádolgozik a nagyfrekvenciás szempontból szinte mindig túl hosszú katód-huzalozás. Így máris előttünk van egy olyan konstrukció, amely több nyilvánvaló és ezenfelül több titkos összetevőjével azon dolgozik, hogy a lehető legjobb minőségű hangot szolgáltassa. Amíg a tranzisztorok a maguk néhány száz MHz-es képességeikkel, Hi-Fi erősítő torzítása szempontjából kellemetlen, őrjítő sávszélességűkkel szinte csak torzítás, kombinációs jelek gyártására és erősítésére képesek, az elektroncsövek a korabeli gyártástechnológia jóvoltából szinte fokozatról fokozatra azon dolgoznak, hogy a nagyfrekvenciás torzítási komponenseket ne erősítsék, hanem szinte elnyeljék. Ez annak köszönhető, hogy a szokásos hangfrekvenciás fokozatok bemenetei a nagyfrekvencián rohamosan csökkenő bemeneti ellenállásukkal fokozatosan szinte rövidre zárják az előző fokozat jelentős értékű, többnyire 100-200 kilo Ohm-os munkaellenállását. Ebből az következik, hogy a bárhogyan is keletkező torzítási komponensek erősítése, átvitele a hangfrekvenciás sáv fölött egyre inkább minimális lesz. Azt, hogy pontosan hol kezdődik az a határ, ahol ez az effektus már igen hathatósan közbelép, eléggé nehéz megmondani, tekintettel az esetünkben fontos csőjellemzők nem, illetve alig egy-két helyen publikus voltára. Annak a néhány csőnek a jellemzőivel, amelyeket a korábbi évtizedekben ismertettek, sokra nem megyünk, mert részben túl régi típusok, másrészt az audiofil erősítőkben nem használatos típusokról van szó. Épp ellenkezőleg, az ismertetésre annak idején nem a hangfrekvenciás, hanem a nagyfrekvenciás csövek, a nagyfrekvenciás problémák ismertetése kapcsán került szó. Feltételezhetjük, bár erre bizonyságot nehéz találni, hogy a szokásos, manapság is használatos hangfrekvenciás csövek viselkedése még jóval rosszabb is lehet.

Eddig az elmélet. A gyakorlat során derül ki, hogy egy audiofil erősítőben a csövekkel, illetve azok fizikai tulajdonságai révén milyen szerencsével és milyen hányadban vagyunk képesek az átvitel titkos módosítására, vagyis – főleg az átviteli sáv felső végén - a torzítási komponensek úgymond „lenyelésére”. Az említett csőtulajdonság kihasználása valamilyen formában mindig megtörténik, ahol legalább két elektroncső van a kapcsolásban. Ugyanis a második elektroncső nagyfrekvenciás bemeneti ellenállása mindig erőteljesen söntöli az első cső nem ritkán 100 ... 200 kilo Ohm körüli munkaellenállását azokon a frekvenciákon, amelyek a kellemetlen torzítási harmonikusakat tartalmazzák, és ezekre a frekvenciákra nem jut számottevő erősítés. Igen nagy valószínűséggel ez a fizikai magyarázata "a csöves erősítő mindig jobb, mint egy félvezetős" típusú mítosznak, amelyet a szerző valójában nem mítosznak, hanem egy sokak által számtalanszor megfigyelt jellemzőnek tart.

Ebből azonnal következik egy másik mítosz, a káros negatív visszacsatolás műszaki magyarázata is. Ha ugyanis sikerül valamely negatív visszacsatolás révén mégiscsak kikényszeríteni a csöves erősítőben egy vagy több erősítőfokozatban a magasabb (a hangfrekvenciás sávon kívüli) tartomány erősítését, a "szép sima" frekvenciamenet elérését, akkor az előbbi kedvező hatást megszüntettük, és az erősítő már torzítani fog.

Ne essünk tévedésbe! Mindez nem jelenti azt, hogy egy elektroncsöves erősítő automatikusan jobb, audiofil erősítő is. Meglehetősen sok, kívánatos tényezőnek kell szerencsésen találkoznia egy konstrukcióban ahhoz, hogy az erősítőt egyértelműen pozitívan értékeljük.

Ez nem mindig jön össze, néha nem kevés szerencse is kell hozzá. De ugyanekkor kijelenhető, hogy az elektroncsöves kapcsolástechnika csekély, mondhatni "éppen hogy elegendő" sávszélessége szinte automatikusan meggátolja azon kellemetlen frekvenciák kialakulását, mint amelyekre a félvezetős erősítők szinte a születésüktől fogva - többnyire fokozataik túlzott sávszélessége folytán - kifejezetten hajlamosak.

Torzításmérés

Az elmúlt évtizedek során számos erősítőn számos torzítás mérést és meghallgatást megejtve, számomra az a tapasztalat szűrődött le, hogy a torzítás mérése egy erősítő tulajdonságairól mond is valamit, meg nem is. Valamiképp a torzítás mérés és az emberi hallás "nincsenek jó viszonyban" egymással, és a mérés ritkán igazolja vissza azt, amit a hallásunk alapján gondolnánk, véleményeznénk. Egyúttal egy különös ellentmondást is kénytelenek vagyunk magyarázat nélkül fogadni, mégpedig az életkorral együtt járó természetes hallásvesztést, és az ugyanekkor mégis, a romlás ellenére is meglehetősen jó állapotban megmaradó kiértékelési, minősítési szintet. Ha arra gondolunk, hogy meglett korú, hófehér hajú, idős karmesterek és zenészek milyen kiváló teljesítmények nyújtására képesek, hatalmas élménnyel megajándékozva hallgatóságukat, akkor bizony elgondolkodóba eshetünk az emberi hallás minősítése vonatkozásában. Számos olyan példát láthatunk, hallhatunk, amely nem igazolja vissza a különböző hangmagasságokon végzett hallástesztek minősítő végeredményeit. Az emberi hallás sokkal bonyolultabb annál, mint amire akár csak néhány évtizede is gondoltunk volna. Ezt azért kellett előre bocsátanunk, mert az erősítők torzítás mérése az egyik legélesebb vita tárgyát képezi az elektronikai szakemberek között évtizedek óta, és a jövőbeli viták során is aligha számíthatunk valamiféle kompromisszumos megegyezésre. A két tábor szinte kibékíthetetlen ellentétben van egymással. A magyarázat túlontúl is egyszerű. A szakemberek egyik csoportja, egyfajta konzervativizmusból, a mérési eredmények megszállottja, és ebből kiindulva, lényegében azt az álláspontot képviseli, hogy ami nem mérhető, az tulajdonképpen nincs is. Illetve, a Hi-Fi, audiofil eszközök minősítésnél a képzelet túlságosan nagy szerephez jut, magyarán szólva, a minősítés irreális, és csupán valamiféle képzelgés. Jó példa erre a szerző egyik villamosmérnök ismerőse, aki magas állami kitüntetéssel méltán elismert, nagyszerű szakember hírében állott, ám kijelentette, hogy az emberi fül a 0,5% alatti torzítást már nem képes meghallani. Tehát az az erősítő, amelyik ennél jobb mérési adatot produkál, az nem torzít, és punktum.

A szakemberek másik csoportja a mérési eredményeket ugyan kiindulási alapnak elfogadja, ám a módszereket és az eredményeket nem fetisizálja. Számos meghallgatás, mérési módszer kipróbálása és végrehajtása után több ismerősöm is arról számolt be, hogy mindezek után csupán a kétségei fokozódtak, a végső igazság kikiáltása helyett inkább további módszereket és eljárásokat keres, további megbeszéléseket provokál más, hasonló tapasztalatokat szerzett szakemberekkel. Talán a legélesebb vita a csöves és a tranzisztoros erősítőket építgetők és ezeket összehasonlító méréseket bocsátók között alakult ki. Kétségtelen tényként könyvelhető el, hogy az elektroncsöves erősítők között is vannak kimérhető és jól hallható különbségek, de valahogy ezen a táboron belül nem tapasztalható agresszív, haj tépő vitatkozás, a végső konklúzió többnyire az, hogy hát igen, az "A" erősítő kissé jobb, mint a "B", ámbátor mindegyik nagyon szépen szól.

Ezzel szemben a félvezetős erősítők minősítése többnyire komoly vitákat vált ki, és a vitapartnerek gyakorta nem tudnak megegyezni még a sorrendben sem. Abban mindenesetre megegyezni látszanak, hogy torzítás bizony van, de azok jellegét nem mindenki ítéli meg egyformán. Van, akit bosszantóan zavar bármelyik félvezetős erősítő, és van, aki még elfogadja azt a szintet is, amelyet egy kicsit is gyengébb erősítő produkál. (Természetesen nem az "indultak még" kategóriájú erősítők összehasonlító tesztjéről van szó.)
Ha viszont a legjobb félvezetősöket vetjük össze egy jó minőségű csöves erősítővel valamely meghallgatási teszten, akkor szinte előre borítékolni lehet a végeredményt: a csöves kerül ki győztesként. És ha ilyenkor az ortodox szemléletet vesszük elő, amely szerint a kisebb torzítású erősítőnek természetesen jobb a hangminősége, és valamely, általunk kiválasztott torzítási érték alatt az emberi fül már úgymond, nem hallja a torzítást, akkor a vita vége mindig a mérés és a csodálkozás lesz. A vita tárgyát képező (csöves kontra félvezetős) erősítőt különféle mérési eljárásoknak alávetve, a mérések során bizony szinte mindig jó, ám eléggé mérsékelten jó minősítést nyer el a csöves erősítő. A félvezetős erősítő torzítás mérése pedig szinte műszerbemutatóvá válik, még jobb, még érzékenyebb, még magasabb minőségi osztályú műszer kerül elő, hogy a tényleg nagyszerű mérési eredményeket be lehessen mutatni, igazolni lehessen a második helyezést elért félvezetős erősítő egészen kiváló paramétereit. Igen, minden stimmel, a paraméterek messze lekörözik a csöves erősítő paramétereit, csak hát valahogy mégis, annak volt szebb a hangja.

Kérdés, hogy az ilyesféle, számtalanszor is megismételhető jelenségeknek mi lehet a magyarázata? Hol lehet a különbség a hallás alapján nyert ítélet és a mért adatok alapján kapott minősítés között?

A válasz pedig túl egyszerű. Valamit nem mérünk, valamit nem jól mérünk, valamivel alaposan becsapjuk magunkat, évtizedek óta. No igen, de akkor hogyan is kellene jól csinálni?

Egy kis múltidézés. Számos csöves erősítő megépítése, használata után egyszer csak, nagy várakozással tekintve az esemény elé, bekövetkezett a legelső megépített tranzisztoros végerősítő meghallgatása. Aztán csak néztünk egymásra a barátommal, hogy akkor most mi is van? Talán már az első bekapcsolásra netán elromlott az erősítő? Azt ugyanis hangsugárzó nélkül korábban már minden szempontból készre mértük, jónak minősítettük, és a korai félvezető típusok alkalmazása ellenére is a mért torzítását a frekvencia függvényében kellemesnek, 0,1 ... 0,5% közöttire értékeltük. Ez csöves viszonylatban nem is rossz adat, de a tranzisztoros első meghallgatása során tapasztalt kellemetlen vartyogást, főleg pedig a hangerőtől alig függő, durva kásás, zizegős hangot nem értettük.

Az évtizedek során számos félvezetős erősítő saját, illetve ismerősök által történt megépítése, meghallgatása során többünkben is kialakult az az általános vélemény, hogy a félvezetős erősítő többnyire más, esetenként pedig nagyon más hangzás világgal rendelkezik, mint az elektroncsöves, és a legegyszerűbb csöves erősítő is gyakorta kenterbe veri az akkor éppen legjobbnak kikiáltott félvezetős erősítőt.

Következtek a különféle torzítás mérések, szinte párbaj szinten. Volt ismerősünk, aki kijelentette, hogy az általa megépített 20 wattos, tranzisztoros erősítőnek a 8 Ohm-os műterhelésen és a teljes sávban mért torzítása 0,02% alatti, ami már maga a csoda. Miközben egy közepes minőségű hangfalon is már jól hallhatók voltak az erősítő nem is csekély gondjai.

A QUAD-405 járvány idején igen sokakat felizgatott az erősítők torzítása. Ennek során sikerült összeállítani egy meglehetősen korrekt mérést műteherrel, spektrumanalizátorral (és plotterrel) az 1 MHz-ig terjedő frekvenciatartományban. Nagyon érdekes mérések következtek.

Bebizonyosodott, hogy a félvezetős erősítők szinte egységesen, szokatlan, különleges, és elmondható, hogy roppant kellemetlen, bosszantó torzítási spektrummal rendelkeznek.

Voltaképp akkor bizonyosodott be a számunkra, hogy a legjobb harmonikustorzítás-mérő műszer sem ér fabatkát sem, mert a félvezetős erősítők esetében a mért eredmény mindössze azt jelzi, hogy az erősítő működik, azaz nem hibás. Tehát minden olyan mérés, amit egy félvezetős erősítőn ezzel a módszerrel végzünk, felesleges, és lényegében időpocséklás.

Az általunk választott mérési összeállítással számos mérést végeztünk, egyre nagyobb izgalommal, mert olyannyira meglepő eredményeket hozott, amelyre lényegében egyikünk sem számított. Tulajdonképpen pedig választ kaptunk a korábbi miértekre és a hogyanokra is. A számos mérés során egészen a hitetlenkedésig kételkedtünk a mérési eljárás korrektségében, ezért eleinte volt olyan mérés, ahol kis módosításokkal közkívánatra négyszer, ötször is megismételtük az eljárást.

Egyik esetben egy igen egyszerű, öt tranzisztorral megépített, a korábbi mérések szerint 1 % alatti harmonikustorzítású, ám egyértelműen kissé karcos, rekedtes hangú erősítőt (2. ábra) most, a spektrumanalizátoron vizsgálva, elképesztő látvány tárult a szemünk elé (3. ábra).

A plotter számára beállított és 100%-ot jelentő 8 kHz-es bemeneti vizsgálójel mellett - várakozásunknak megfelelően - megjelent jobbra, illetve balra az első ± termék, -56 dB értéken, majd tele lett a spektrum egészen 1 MHz-ig további, csökkenni alig akaró, fű szerű felharmonikus komponensekkel, amelyeknek az átlagos értéke a teljes mérési tartományban -77 ... -83 dB volt, az analizátor szerint. A spektrum minden bizonnyal feljebb is tartott, de a mérési lehetőségeink ebben a műszer-környezetben - és akkor - 1 MHz-ig terjedtek. A több, különféle típusú félvezetős erősítőn megismételt mérések azt mutatták, hogy egyetlen, hangfrekvenciás szinuszos (például 1kHz-es vagy más esetben 20 kHz-es stb.) mérőjellel végezve a mérést, a torzítási felharmonikusok fésűszerű, csillapodni nem akaró spektrumot mutattak az általunk akkor rendelkezésre álló 1 MHz-ig terjedő mérési tartományban.

A kapott eredményekből, mint legjellemzőbbet, a közismert, a korábbi évek során igen nagy számban utánépített Texas erősítő torzításmenetén mutatjuk be (4. ábra). Ez az erősítő egy sikeres gyári applikáció, és az egyszerű alkatelemek használatához képest kellemes viselkedést tanúsít, utánépítése általában problémamentes volt, és közkézen forgott több sikeres nyomtatott áramkőri panelja is. Torzítása kedvezően alacsony volt, ezáltal az utánépítések során nagyon sokan elégedettek voltak az erősítő képességeivel. Éppen ezért az analizátoros mérések során rögtön 20 kHz-en kezdtük mérni a harmonikus torzítást, ami végül is meglepő eredménnyel szolgált (4. ábra). Az első, -57 dB szintű, meglepetést még nem okozó felharmonikus mellett ugyanis a vizsgált, 1 MHz-ig tartó frekvenciasávban egy szép fésűszerű diagramot kaptunk, ahol az egyes komponensek hozzávetőleg -80 dB tágabb környezetében jelentkeztek, anélkül azonban, hogy bármilyen csökkenő tendenciát is mutattak volna. Magyarán szólva, az erősítőt 20 kHz-en meghajtva, zavartalanul kezdett el csörömpölni ezen frekvencia felharmonikusain, ami legalább is illetlenség egy elfogadható hangzásvilágú erősítőtől. Még sokkal meglepőbb volt, amikor az erősítőt (az egyik szabvány szerint) két szinuszos jellel hajtottuk meg, IM-torzítás mérése céljából (5. ábra). Ugyanis amellett, hogy az analizátoron a nagyobb frekvenciájú vizsgálójel mellett megjelent a két különbségi jel, a vizsgált frekvenciasáv sűrűn tele lett további jelekkel, mintha csak fű lepte volna el a képernyőt és a plottert. Ezek a jelek olyan kombinációs termékek, amelyeket az erősítő félvezetői állítottak elő azáltal, hogy az eszközök különféle görbe karakterisztikáin rendkívüli mennyiségű és fajtájú, magas fokszámú kombinációs termék keletkezett. Elgondolkodtató, hogy egy jel helyett már csupán két jel is elegendő volt ahhoz, hogy az erősítőben egy zűrzavaros zajáradat keletkezzen, amely nyilvánvalóan könnyedén fokozható, ha műsorjelet adunk a bemenetre! Már ebből a mérésből is kiderült, hogy mennyi értelme és haszna van az egy jeles, harmonikustorzítás mérésnek. Lényegében elhanyagolható az az információ, amivel szolgál egy félvezetős erősítő mérése során. Az erősítő kapcsolási rajzát a 6. ábrán láthatjuk.

A kialakult heves polémiában, az emlékeinkben keresgélve, abban megegyeztünk, hogy ilyet korábban csöves erősítőnél soha nem tapasztaltunk. Sajnos, a mérések idején már nem állt rendelkezésünkre bármely elektroncsöves erősítő, kontrollként.

Abban az esetben viszont, amikor például két bemeneti jellel végeztünk intermodulációs torzítás mérést, akkor a spektrum látványa több, mint meglepő volt. Számunkra, úgymond, tisztult a látóhatár. A mérőfrekvenciákat váltogatva, kísérletképpen többféle jelkettős alkalmazásával (pl. 250 Hz és 8 kHz, 60 Hz és 12 kHz, 1,1 kHz és 15 kHz, valamennyi esetben, a több szabványban is előírt 4:1 jelaránnyal), az elvárt torzítási harmonikusok, komponensek mellett, a korábbi egy jeles méréshez képest hatalmas, fű szerű zajt észleltünk a teljes, 1 MHz-ig terjedő spektrumban, amelyben nyoma sem volt valamely csillapodási hajlamnak, még a sávhatáron sem!

Természetesen ez a valóságban nem zaj volt, mint erre hamar rájöttünk, mert sem a mérésben részt vett különféle erősítők, sem a kifogástalan mérőjelek nem indokolták ezen zaj jelenlétét. Ez a tömött ill a két mérőjelből eredő, rendkívül összetett módon kialakuló, lényegében a mérési eljárás módszereivel kielemezhetetlen, rendkívül széles sávú, intermodulációs torzítás volt.
Kezdetben hibára gyanakodtunk, és ezért is használtunk többféle jelgenerátort, többféle erősítőt is ehhez a méréshez. Tulajdonképpen minden mérés azt mutatta, hogy abban a pillanatban, amikor már nem egyetlen jel vezérel egy félvezetős erősítőt, a bemeneti jelek széles sávú keverék spektruma lép fel, olyan spektrum, aminek nem igazán figyelhető meg valamiféle periodicitása, viszont az értéke nem éppen csekély. A legtöbb mérés során a szóban forgó spektrum alig volt 10 dB-lel kisebb, mint az első harmonikus értéke. Ugyanekkor a kialakult és kirajzolható komponensek frekvenciái olyan sűrűn helyezkedetek el egymás mellett, hogy számos helyen meghaladták a plotter felbontását, továbbá néhol érdekes hullámosodást is megfigyelhettünk az amplitúdóban.

Érdekesnek és jellemzőnek, ám magyarázat nélkülinek találtuk a torzítási jelben bekövetkező, frekvencia szerinti csomósodásokat és a helyenkénti ismételt, hullámszerű, szabálytalan növekedéseket. Ugyanekkor ezek a jelenségek is azt bizonyították, hogy nem zaj feszültség megjelenéséről van szó, hanem a vezérlőjelek bonyolult kombinációiról.

A mérések során megvizsgáltunk több, éppen rendelkezésre álló, akkoriban népszerű erősítőt, például a QUAD 405-öt. Ez az erősítő a mérések során úgymond, hozta a formáját, és lényegében kenterbe verte a mezőnyt (7. ábra).

Az eredményt egyáltalán nem tartottuk véletlennek, ugyanis kapcsolástechnikája zseniális, nem a szokásos felépítést követi, továbbá kifejezetten kedveli a lassú félvezető eszközöket.

A félvezetős torzítás oka

A mérések után számos vitát tartottunk a tapasztalt torzítási jelenség magyarázatára, kiértékelésére. Vita tárgyát képezte az is, hogy az egyik félvezetős erősítőpéldány miért torzít sokkal inkább, mint egy ugyanilyen erősítő másik példánya (egy megépített sztereó erősítő két oldala). Végül is arra a megállapításra jutottunk, hogy az első pillanatban ötletszerűen kiválasztott pillanatnyi mérési lehetőség telitalálat volt, és rengeteg kérdésre adott korrekt választ. Abban is biztosak voltunk, hogy Hi-Fi erősítők mérésénél nem túl sűrűn alkalmazott eljárást választottunk, és aki esetleg előttünk végzett ilyen mérést, a kapott eredményekről- akár különböző okok miatt is - mélységesen hallgat. Esetleg az üzleti kihatás, vagy a korrekt magyarázat hiánya, vagy akár egyéb más is okozhatott gondot.

Vissza kell térnünk: a cikk elején már taglalt problémához, ha a magyarázatot keressük. Már a korai szilícium félvezetők is meglepő magas fT határfrekvenciával készültek, kerültek forgalomba. Egy közönséges hangfrekvenciás célokra szánt kisjelű tranzisztornak nem ritkán volt vagy 250-300 MHz-es fT-je, amelyen csak a legelső időkben csodálkoztunk, aztán túltettük magunkat a jelenségen. Ha azonban meggondoljuk, hogy egy hangfrekvenciás erősítőben ugyan mi az ördögöt is keres egy néhány száz MHz-es eszköz, akkor már kissé másképp állunk a helyzethez. Számos erősítőben vannak olyan fokozatok, ahol ennek az fT-nek igenis van lehetősége teljes sávszélességében feléledni, a kapott keverék jelet (műsorjelet) ebben a tartományban és többé-kevésbé görbe karakterisztikán megtáncoltatni, összeadni, szorozni, négyzetre emelni stb., vagyis egy lényegében keverés jellegű, nemlineáris folyamaton áterőszakolni. Szinte bármely Hi-Fi kapcsolásban találunk egy vagy több olyan fokozatot, amely képes erre - az erősítő szempontjából- illegális nagyfrekvenciás folyamatra, a rendkívül széles sávú spektrum előállítására. A negatív visszacsatolással kiegyenesített, többnyire megnövelt frekvenciamenet erre még rá is segít.

Azt persze, hogy egy konkrét erősítőben mely fokozat, vagy fokozatok felelősek a bemeneti jelből előállított rendkívül széles sávú torzítási spektrumért, az csak egy eléggé szokatlan természetű és bonyolult vizsgálat döntheti el. Belátható, hogy ez legalább annyira kapcsolási rajz függő, mint amennyire függ az alkalmazott félvezetők fajtájától, típusától is.

Ezen elmélet igazolás ára újabb mérést is végeztem, némileg más módszerrel. Kísérlet képpen, három bemeneti jellel próbálkoztam a torzítás grafikus kiértékelés ével, Az igen kis harmonikus torzítású erősítő mind az egy jeles, mind a két jeles (intermodulációstorzítás) mérés során eléggé szépen vizsgázott.

Amint viszont a bemenetre a két mérő szinuszjel mellé egy harmadik, lassú fűrészjelet iktattam be, nem várt torzítási hatások keletkeztek, a kimeneti jel csúcsán egy zavaró vágás és abban zajszerű, kiértékelhetetlen modulációs termék, torzítás jelent meg. Többféle jelalakkal kísérletezve, minden esetben megjelent valamilyen új, nem várt torzítási komponens, voltaképp a beiktatott harmadik jel csekély értékéből semmiképp nem várható, meglepően nagy amplitúdóval.

Ezt a mérést abból az elgondolásból végeztem el, hogy amennyiben egy egyszerű szinuszjel átvitele megzavarható - torzítást okoz - egy második szinuszjel egyidejű átvitelével, akkor értelemszerűen egy további jel ezt nyilván tovább fokozza. És ha ez így van, akkor a rendkívül bonyolult felépítésű, véletlenszerű, pillanatról pillanatra változó műsorjel pedig ezt a helyzetet akár a végletekig is fokozhatja.

A csöves erősítők önmagukban szinte egyáltalán nem vagy alig termelnek magas felharmonikus komponenseket, mert a beépített aktív elemek (és a kimenőtrafó) többnyire mintegy lenyelik a nagyfrekvenciás torzítási komponenseket. A szokásos 100 ... 200 Ohm-os anód munkaellenállások mellett a hangfrekvenciás célokra készült elektroncsövek a hangfrekvenciás sáv fölötti tartományban már - a semmilyen katalógusban sem található - 1...10 kilo Ohm-os látszólagos és a frekvencia növekedésével egyre kisebb értékű rács-katód (bemeneti) ellenállással mintegy rövidre zárják a magasabb frekvenciájú jeleket. Ez természetesen észlelhető a frekvenciamenetben is, de általában nem szoktunk problémázni a
18 ... 20 kHz fölötti sáv fokozódó szintesésén.

Még egy jobb kimenőtrafó esetén sem követelhető meg 20 kHz fölött a kifogástalan átvitel, tehát mind a trafó, mind az elektroncsöves kapcsolás titokban azon dolgozik, hogy a nagyfrekvenciás jelek, vagyis a nagyfrekvenciás torzítási komponensek ne alakuljanak ki, vagy azok átvitele lehetőleg fogyatékos, eredőben tehát csekély értékű legyen.

Egy félvezetős erősítőben a kellő stabilitás érdekében aligha ússzuk meg a negatív visszacsatolás, mégpedig néha az erőteljes visszacsatolás alkalmazását. Ebből az következik, hogy az erősítőn sebesen végighaladó, ám mindezek ellenére időkésést szenvedő műsorjelek a visszacsatolás során a bemenetre visszakerülve rossz időben, késve érkeznek. A visszacsatolás így kellő módon nem látja el a feladatát, helyette torzítási jelként jelenik meg a kimeneten, újabb időkésés mellett. Ez a folyamat számtalanszor körbe futhat, miközben a műsorjel vezérli az erősítőt, és ez a jelzagyvalék hozzáadódik a hasznos jelhez.

Miután olyan mérési eljárásról még nincs tudomásunk, amely ezt a folyamatot hitelt érdemlően ki tudná értékelni, és a két jeles intermodulációs mérés helyébe lépne, így csak a fülünkre hagyatkozhatunk egy félvezetős erősítő torzításának megállapításához.

Itt kerül ismét képbe az a sajátos, az emberi hallás szempontjából különleges képesség, amely egyesek részére jobb, mások részére kedvezőtlenebb lehetőséget ad egy erősítő, egy hangrendszer minőségének - életkortól független - objektív kiértékeléséhez.

Nyomtatott áramkörök

A gyakorlatban az elektroncsöves erősítők szabad szerelésűek, míg a félvezetősek nyomtatott áramköri lemezekre készülnek. Mindkét megoldásnak vannak előnyei és hátrányai is.

Az elektroncsöves áramkörök, mára felhasznált alkatrészekből is kiindulva, jelentős méretűek és tömegűek. Az elektroncsövek, különösen a nagyobb teljesítményű triódák, tetródák, pentódák eléggé méretes tárgyak, összevetve akár egy teljesítménytranzisztorral, akár egy integrált teljesítményerősítővel. Ez önmagában még nem is jelentene túlzottan nagy méretet, de figyelembe kell még vennünk: a hálózati transzformátor és a kimenőtrafó méreteit, netán a szintén meglehetősen nagyméretű és feszültségtűrésű szürőelkókat, és mindezekből egy eléggé nagy kubatúra jön ki.

Mivel az elektroncsöves Hi-Fi, Audiofil erősítő manapság státuszszimbólum is, megépítői nem törekszenek a miniatürizálásra, ellenkezőleg. Ebből eredően a beépített elektronikai alkatrészek huzalozása sem alakítható a legrövidebbre, amiből talán a legkényesebb rész lehet az árnyékolt kábelek és a földelő vezetékek kialakítása. Nemkülönben kényes lehet a szerelőléc anyaga, ami csak látszólag aprócska tétel.

A tranzisztoros erősítők szinte kivétel nélkül nyomtatott áramköri felépítésűek, azok minden lehetséges buktatójával. A legnagyobb buktató, amire kevesen számítanak, maga a nyáklemez.
Nyomtatott áramköri lemezt rengetegen gyártanak, drágát is, olcsót is, gyárban is, kertvégi sufniban is. A végtermék eredetéről gyakorlatilag semmi információt nem kapunk a vásárlás során, vagy ha igen, akkor azt széles mosoly keretében (óccó...), és el kell hinnünk, amit mondtak, aztán majd meglátjuk…
A nyomtatott áramkörök gyártása nem rossz üzlet. Ezért aztán sokan hozzáfognak, és vagy kifogástalan, vagy különféle hulladékok által szennyezett anyagból készítenek ilyesmit, és mi pedig megvesszük.
Aztán csodálkozunk, hogy az asztalon, pókháló szereléssel elkészített áramkörünk akár 100 MHz-ig is jól működött, majd egy garantáltan jó minőségű nyáklapra építve azt, az áramkör legfeljebb 60 MHz-ig jó, ha elballagott, de kis szerencsével kifoghatjuk a legrosszabb sufninyákot is, és akkor örüljünk, ha 25-30 MHz-ig lesz jelünk.

Ezeket az értékeket a gyakorlati tapasztalatok alapján adtuk meg, és a minősítés eléggé nehezen számszerűsíthető. Ám a probléma nagyon kellemetlen perceket szerzett a gyártónak, amikor a gyenge minőségű nyáklap miatt egy egész szériát kellett átminősíteni, és a megrendelővel a készülék speckóját újra tárgyalni, továbbá az új árban egyezkedni!

Az esemény óta számos gyenge és igen gyenge minőségű nyáklemez került a szerző kezébe, bizonyítva azt, hogy amennyiben nem figyelünk oda, erősítő- és készüléképítési terveink esetenként akár dugába is dőlhetnek. Egy félvezetős Hi-Fi erősítőben amúgy, napi szokás szerint, nem szokás a néhány MHz-es jelek átviteléről tárgyalni. Azonban végig gondolva az előzőekben leírtakat, a Hi-Fi erősítő titkos és kézben nem tartható nagyfrekvenciás viselkedését például a torzítások szempontjából, akkor már nagyon nem mindegy. Azt viszont, hogy egy jó vagy egy silány nyák-alapanyag hogyan fogja félvezetőink viselkedését befolyásolni a tervezett áramkörben, az már a madárjós témakörébe tartozik. Ez persze nem minden. Anyák minősége rengeteg láthatatlan, kim érhetetlen, rejtett tényezőtől függ. Aztán ott vannak a kimérhetők is, például a fóliavastagság. Egy hangfrekvenciás végfok féleség tervezésekor ritkán lehet cél a miniatűr kivitel, hiszen a szükséges hűtőbordák többnyire terjedelmes darabok.

Tehát a mérettel, különösen a fóliaszélességgel takarékoskodni nem igazán célszerű. Ezen felül az áramkör nem kevés része, félvezetők, ellenállások környezete esetenként bizony megkívánja a méretes szélességű fóliacsíkot, különben rögzítési vagy melegedési gondok léphetnek fel. Erre jó példa a gyári QUAD 405, amelynek néhány év használat után szépen megpörkölődött panelja. Mindezeken túlmenően következik a nyák nagyfrekvenciás viselkedése, amelyben szerepet kap a fólia vastagsága és szélessége, különös tekintettel a szkin effektusra (bőrhatásra). A bőrhatás révén a nagyfrekvenciás áram mintegy kiszorítja a vezető belsejéből az ott folyó áramot a vezető külseje felé. Kisfrekvencián a hatás csekély, viszont a frekvencia növekedésével az áramkiszorulás a felszín felé fokozódik, a vezető belseje egyre kisebb mértékben vesz részt a villamos jel továbbításában. Igen nagy frekvenciák esetében (TV, radar stb.) gyakori, hogy a nagy teljesítményű, nagyfrekvenciás jelet kerek vagy tégla keresztmetszetű, méretes rézcsöveken vezetik.

Az alábbi táblázatban a fontosabb fémekre nézve adjuk meg a fémvezetők közelítő értékű, hasznos vastagságát. Látható, hogy nagyfrekvencián az áram szinte teljesen kiszorul a vezető felületére, és egy Hi-Fi esetében is szóba jöhet, hogy valamely alkatelem (huzal, lemez, fólia) már a magasabb hangok táján nem elegendő vastagságú.

Közismert, hogy jelentősebb egyenáramok esetén nincs értelme túl vékony huzalok alkalmazásának, elsősorban a várható túlzott melegedés miatt. Viszont a táblázatból következően az is belátható, hogy egy adott méretnél jóval vastagabb, tömör rézhuzal használatának éppen úgy nincs értelme egy hangfrekvenciás erősítőben, az áramkiszorítás miatt. Helyette elegendő összkeresztmetszetű, sodrott huzalt célszerűbb használni, de bevált például a lapos, csupasz, eléggé (1-2 mm) vastag rézlemezből készített, alkalmas (4-8 mm) szélességű fémszalag, mint "kötőhuzal" is. Belátható, hogy nagyon tetszetős a 3-4 mm vastag, tömör (pláne ezüstözött!) rézhuzal alkalmazása egy kívül-belül látványos kivitelű erősítőben, csak éppen - a pazarlás mellett - még nem biztos, hogy kell-e.

Copyright © 2000-2018 PROHARDVER Informatikai Kft.