Maestro

Соответственно радиоэлементы работают с боль­шим запасом по мощности. Возьмем, к примеру, транзисторы, исполь­зуемые в слаботочных устройствах. При их допустимой рассеивае­мой мощности в пределах 0,5Вт они очень редко загружены даже на 20%. При таком 5-кратном запасе по мощности они могут работать практически вечно (естественно при отсутствии в них заводских де­фектов).

Совсем другая ситуация в усилителях мощности. Уже из самого названия следует, что их основное назначение-это отдавать значи­тельные мощности звукового сигнала. Соответственно выходные тран­зисторы должны быть рассчитаны на значительные мощности рассе­ивания и для обеспечения надежной работы используется большое их количество. Но иметь для выходных транзисторов 5-кратный за­пас по мощности - непозволительная роскошь. При таком запасе их число в усилителе средней мощности будет стремиться к сотне, а стоимость - к стоимости космического корабля (шутка!). Поэтому то и резервы мощности транзисторов в усилителях довольно незначитель­ные. Вместе с тем периодическое, а то и разовое, превышение допу­стимой рассеиваемой мощности может привести к выходу транзисто­ров из строя. За счет чего же усилители все-таки работают достаточ­но надежно? Все дело в серьезных системах защиты этих самых тран­зисторов.

В реальной жизни усилителю практически никогда не приходить­ся работать на активное сопротивление, скажем 4 или 8 Ом, при ко­тором указываются его технические характеристики. Любая "живая" акустическая система (АС) представляет собой сложное комплекс­ное сопротивление, зависящее от частоты и уровня подаваемого на нее звукового сигнала. На некоторых частотах сопротивление АС может снижаться до весьма малых значений (например - сопротив­ление 4-омной низкочастотной АС может падать до 2-х Ом и ниже). Кроме того, существуют плохие кабели, закороченные соединители и прочие "прелести” туровой жизни. И во всех этих ситуациях усили­тель не имеет права на отказ. Поэтому каждый усилитель содержит достаточно много “обвязки”, которая позволяет ему приспособиться к “окружающему миру" и выжить в условиях постоянных стрессов и перегрузок.

Рассмотрим вкратце "джентльменский набор” защит, которые должен быть в любом современном усилителе. Но сначала пару слов об эволюции систем защиты от перегру­зок по выходу.

Простейшая система защиты - токовый ограничитель. Она ог­раничивает ток через выходные транзисторы на каком-то фиксиро­ванном уровне. При этом мощность, рассеиваемая на транзисторах при срабатывании защиты, изменяется при изменении уровня выход­ного сигнала и может превышать максимально допустимую.
Следующая ступень развития систем защиты - т.н. U-I ограни­читель. Такая система уже реагирует непосредственно на мощность, рассеиваемую на выходных транзисторах. Она может достаточно тщательно отслеживать нахождение выходных транзисторов в пре­делах области их безопасной работы.

Упомянутые выше системы обладают существенным недостат­ком - их срабатывание достаточно заметно на слух в виде треска и щелчков на пиках сигнала.
Для исключения этого эффекта в новых моделях усилителей “Park” серии Vx применена двухступенчатая защита от перегрузок по выходу. Первая ступень-безинерционная, мгновенно реагирующая на короткое замыкание выхода или существенное понижение сопро­тивления нагрузки. Она практически никогда не включается при ис­правной АС. Вторая ступень включается примерно через 5мс после начала перегрузки и управляет работой встроенного лимитера, ли­нейно уменьшающего уровень входного сигнала. В результате сис­тема защиты не жестко обрезает вершины сигнала, а линейно умень­шает его амплитуду. Это позволяет сделать срабатывание защиты практически незаметным на слух. А если учесть то, что реальные перегрузки вследствие понижения комплексного сопротивления нагрузки весьма кратковременны, то можно быть уверенным, что качество звука в таких режимах не снижается. У такой защиты есть и другие плюсы. Она позволяет легко и бе­зопасно использовать т.н. динамическую мощность рас­сеивания транзисторов (кратковременно транзисторы мо­гут рассеивать значительно большую мощность, чем при статической нагрузке). Это дает возможность отдавать в нагрузку кратковременные импульсы тока значительно большей мощности.
Такой принцип работы защиты не нов в мировой прак­тике, но он является в основном атрибутом дорогих моде­лей усилителей турового класса.

Однако вернемся к нашему "джентльменскому набору".

Одним из узлов, существенно влияющих на надеж­ность усилителя и акустических систем, является встро­енный т.н. clip-лимитер (терминология здесь достаточно не устоявшаяся - можно встретить названия "компрессор", “clip-компрессор»...).

По сравнению со старыми моделями усилителей, со­временные высококачественные усилители имеют боль­ший динамический диапазон и лучше звучат при перегруз­ках. Поэтому у пользователей больше соблазна перегру­жать усилители входным сигналом и вводить их в ограни­чение на низкочастотных динамических пиках, т.к. при этом не возникают большие слышимые искажения. Это приводит к сжатию динамических характеристик музыки, т.е. при перегрузке громкость высоких частот увеличива­ется, а низких - нет, что на слух воспринимается как не­которое улучшение яркости звука. Но при этом возникает большая опасность выхода из строя высокочастотных (ВЧ) динамиков, т.к. подаваемая на них мощность резко воз­растает. Чем больше перегрузка усилителя входным сиг­налом - тем больше “кажущаяся” громкость звука и тем больше нагрузка на высокочастотные динамики. При этом мощность высокочастотного спектра сигнала растет как за счет увеличения уровня входного сигнала, так и за счет гармоник низкочастотного сигнала, возникающих вслед­ствие перегрузки усилителя.

Встроенный в усилитель clip-лимитер реагирует имен­но на возникновение искажений в усилителе и линейно уменьшает уровень входного сигнала до их исчезновения. При этом неважно, на какой частоте возникли искажения -уровень всех частот понижается на одну и ту же величи­ну. И соответственно не происходит ни роста мощности ВЧ составляющих ни изменения тембрального баланса звука. И еще одна неприятность может подстерегать ВЧ динамики - переменное напряжение высокой частоты.

Обычно мощность применяемых в АС ВЧ динамиков значительно меньше мощности самой АС (например, в 500-ватной АС мощность ВЧ динамиков редко превышает 50Вт). При использовании недостаточно качественных микшеров или кроссоверов зачастую на их выходе появ­ляется переменное напряжение высокой частоты (они возбуждаются). Мощные ВЧ колебания могут возникнуть в звуковой системе также из-за плохого состояния соеди­нительных кабелей. При этом усилитель отдает полную мощность именно в ВЧ полосе. В нашем примере, если усилитель по мощности согласован с АС, ВЧ динамики испытают 10-кратную перегрузку, которая быстро выве­дет их из строя. Для предотвращения таких ситуаций уси­лители оборудуются системой защиты от немузыкальных ВЧ составляющих. Как только их уровень достигнет опас­ных величин - усилитель блокирует входной сигнал и от­ключает нагрузку.

И, наконец, что же произойдет с акустическими сис­темами, если все-таки усилитель выйдет из строя? При этом часто на выходе появляется смертельно опасное для АС постоянное напряжение. Под его воздействием зву­ковые катушки громкоговорителей обугливаются за счи­танные секунды. Следует заметить, что стоимость совре­менных АС зачастую превышает стоимость самого уси­лителя, так что роль защиты усилителя от постоянного напряжения на выходе трудно переоценить. При возник­новении постоянного напряжения на выходе схема защи­ты пробует отключить выход с помощью реле. Но разор­вать постоянное напряжение в сотню вольт при подклю­ченной нагрузке могут только большие промышленные пускатели, а не малогабаритные реле, обычно применяе­мые в усилителях. Они реально могут защитить нагрузку только от щелчков при включении/выключении усилителя или от постоянного напряжения, возникшего при отклю­ченной нагрузке. Для абсолютной защиты АС от таких неприятных ситуаций усилители “Park” снабжены допол­нительной симисторной защитой, дублирующей работу реле. При возникновении постоянного напряжения на вы­ходе усилителя, и невозможности “оторвать" его от выхо­да с помощью реле, мощный симистор с совершенно ав­тономными цепями управления замыкает выход усилите­ля на землю, обеспечивая абсолютную защиту АС от по­вреждения постоянным током.

Все эти защиты позволяют усилителям “Park” надеж­но работать в любых условиях эксплуатации и уверенно держать честь торговой марки.