Схемотехника современных усилителей

Дуглас Селф

Схемотехника современных усилителей 

Audio Power Amplifier Design 
Handbook

Third Edition

Douglas Self

Москва, 2023

2-е издание, электронное

УДК 004.4
ББК 32.844я75
C29

C29
Селф, Дуглас.
Схемотехника современных усилителей / Д. Селф ; пер. с англ. В. А. Гордеева. — 
2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 530 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. 
требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : 
электронный.
ISBN 978-5-89818-388-2

Искусство проектирования аудиоусилителей издавна привлекает внимание и радиолюбителей, 
и профессионалов. Может показаться, что работа, которую при этом требуется выполнить, 
довольно проста, но для создания надежного высококачественного усилителя разработчик 
должен привлечь весь багаж своих знаний в области электроники. К сожалению, 
информация по вопросам проектирования усилителей мощности звуковых частот разрозненна 
и зачастую труднодоступна. Данная книга поможет читателю восполнить этот недостаток. 
В ней рассматриваются вопросы минимизации искажений и повышения линейности 
усиления, затрагиваются проблемы, связанные с проектированием усилителей, такие как 
надежность, обеспечение стабильным питанием, защита от перегрузок и т.п. Приведен уникальный 
материал по режимам работы на реактивную нагрузку, необычным способам компенсации 
искажений и др. Обсуждаемые вопросы снабжены подробными ссылками на справочные 
издания, призванные помочь читателю в дальнейшем исследовании в этой области.
Издание предназначено разработчикам аудиоаппаратуры, квалифицированным радиолюбителям, 
а также может быть полезно студентам старших курсов радиотехнических специальностей 
и всем читателям, интересующимся современной аудиоэлектроникой.

УДК 004.4 
ББК 32.844я75

Электронное издание на основе печатного издания: Схемотехника современных усилителей / Д. Селф ; 
пер. с англ. В. А. Гордеева. — Москва : ДМК Пресс, 2015. — 528 с. — ISBN 978-5-97060-277-5. — Текст : 
непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и 
какими бы то ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок 
все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. 
В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских 
прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-388-2
© Copyright © Douglas Self
©  Перевод на русский язык, оформление, 
издание, ДМК Пресс

Предисловие
10

Глава 1. Общие сведения о УМЗЧ
12

1.1. Экономическая важность УМЗЧ
12
1.2. Обращение к читателю
12
1.3. Цели и источники 
13
1.4. Исследования в области проектирования УМЗЧ
14
1.5. Распространенные заблуждения
16
1.6. Показатели качества аудиоусилителей
32
1.7. Используемые сокращения
37
1.8. Список использованных источников
38

Глава 2. История, архитектура и отрицательная 
обратная связь
40

2.1. Краткая историческая справка
40
2.2. Архитектура усилителей
41
2.3. Классы усиления
43
2.4. Варианты класса B
48
2.5. Усилители переменного сигнала и усилители постоянного тока
51
2.6. Отрицательная обратная связь в УМЗЧ
54
2.7. Несколько распространенных заблуждений по поводу ООС
56
2.8. ООС и стабильность усилителя
60
2.9. Максимизация глубины ООС
68
2.10. Максимизация линейности усилителя при разомкнутой ООС
70
2.11. Список использованных источников
70

Глава 3. Общие сведения об усилителях мощности
72

3.1. Как работает усилитель
72
3.2. Преимущества типовой схемы
75
3.3. Восемь типов искажений
75
3.4. КНИ типового УМЗЧ 
80

Содержание

3.5. Линейность УМЗЧ с незамкнутым контуром ОС
80
3.6. Непосредственное измерение коэффициента усиления 
при разомкнутой ОС
80
3.7. Моделирование УМЗЧ
83
3.8. Концепция «безупречного усилителя»
84
3.9. Список использованных источников
85

Глава 4. Малосигнальные каскады предварительного
усиления
86

4.1. Роль входного каскада УМЗЧ
86
4.2. Искажения сигнала в первом каскаде УМЗЧ
88
4.3. Биполярные или полевые транзисторы во входном каскаде
89
4.4. Сравнение однотранзисторного входного каскада 
с дифференциальным
90
4.5. Искажения сигнала во входном каскаде
91
4.6. Балансировка входного каскада
93
4.7. Токовое зеркало
95
4.8. Улучшение линейности входного каскада
97
4.9. Радикальные методы улучшения линейности входного каскада
99
4.10. Каскод во входном дифференциальном каскаде УМЗЧ
101
4.11. Снижение уровня шумов входного каскада
103
4.12. Постоянная составляющая выходного сигнала 
дифференциального усилителя
105
4.13. Максимальная скорость изменения выходного сигнала
107
4.14. Каскад усилителя напряжения
109
4.15. Искажения в каскаде усилителя напряжения
109
4.16. Схема усилителя напряжения
110
4.17. Искажения в каскаде усилителя напряжения 
112
4.18. Линеаризация усилителя напряжения: активная нагрузка
113
4.19. Линеаризация усилителя напряжения 
114
4.20. Буферирование
116
4.21. Сбалансированный усилитель напряжения
118
4.22. Ширина полосы пропускания при разомкнутой ООС
119
4.23. Управление шириной полосы пропускания при разомкнутой ООС
122
4.24. Заключение
122
4.25. Список использованных источников
123

Глава 5. Оконечный каскад I 
125

5.1. Классы усиления
125
5.2. Искажения в выходном сигнале оконечного каскада
128
5.3. Спектр искажения «ступенька»
128
5.4. Схемотехника оконечных каскадов УМЗЧ
130
5.5. Нелинейные искажения в оконечном каскаде
141
5.6. Заключение
183
5.7. Список использованных источников
184

4
СОДЕРЖАНИЕ

Глава 6. Выходной каскад II
185

6.1. Искажения номер 4: искажения, вызванные нагрузкой каскада
усилителя напряжения 
185
6.2. Искажения номер 5: искажения развязывающих (элементов) 
шин (питания)
188
6.3. Искажения номер 6: наведенные искажения
193
6.4. Искажения номер 7: искажения, связанные с точкой подключения 
обратной отрицательной обратной связи
195
6.5. Искажения номер 8: емкостные искажения
198
6.6. Пример конструкции: усилитель мощностью 50 Вт Класса В 
201
6.7. Список использованных источников
211

Глава 7. Коррекция, скорость нарастания выходного
напряжения и устойчивость
212

7.1. Частотная коррекция. Общие положения
212
7.2. Коррекция доминантного полюса
214
7.3. Коррекция на отставание по фазе
215
7.4.Влияние выходного каскада: инклюзивная коррекция Миллера
216
7.5. Вложенные петли обратной связи 
217
7.6. Двухполюсная коррекция
219
7.7. Выходные цепи
223
7.8. Перекрестные помехи в выходном дросселе усилителя
239
7.9. Реактивная по характеру нагрузка и моделирование (нагрузки)
громкоговорителя
245
7.10. Нагрузки громкоговорителей и выходные каскады
251
7.11. Увеличенные токи громкоговорителя
259
7.12. Неустойчивость усилителя
262
7.13. Быстродействие и скорость нарастания выходного напряжения 
в усилителе низкой частоты
265
7.14. Список использованных источников
279

Глава 8. Источники питания и коэффициент подавления
источника питания (PSRR)
281

8.1. Принципиальные подходы к созданию источников питания
281
8.2. Подавление влияния шин питания в усилителях
290
8.3. Философия разработки проблемы коэффициента подавления 
шин источника питания, PSRR.
293
8.4. Подавление влияния плюсовой шины питания
294
8.5. Подавление минусовой шины источника питания
298
8.6. Список использованных источников
306

Глава 9. Усилители мощности Класса А
307

9.1. Предварительные замечания
307
9.2. Варианты схем усилителей Класса А и их эффективность
308
9.3. Выходной каскад усилителей Класса А 
312

5
СОДЕРЖАНИЕ

9.4. Схемы управления током в рабочей точке
9.5. Оригинальный метод управления током в рабочей точке
320
9.6. Схема усилителя Класса А
322
9.7. Трехмодальный усилитель
325
9.8. Полное комплексное сопротивление нагрузки и рабочий режим
328
9.9. Эффективность работы
9.10. О напряжении смещения при трехрежимной работе усилителя
337
9.11. Работа в режиме Класса А/АВ
338
9.12. Режим работы усилителя в классе В
342
9.13. Система переключения усилителя в различные классы работы
343
9.14. Тепловой расчет
344
9.15. Законченная схема Трехрежимного усилителя
346
9.16. Источник питания 
349
9.17. Эксплуатационные параметры
351
9.18. Дополнительные возможности
351
9.19. Список использованных источников
353

Глава 10. Усилители мощности Класса G
354

10.1. Основы работы усилителя в классе G
355
10.2. Усилители Класса G с последовательной конфигурацией 
356
10.3. Эффективность работы усилителя Класса G
358
10.4. Практические стороны дела
362
10.5. Требования к заданию напряжений смещения
363
10.6. Проблемы линейности последовательного усилителя Класса G
364
10.7. Статическая линейность
367
10.8. Практическая схема усилителя Класса G
370
10.9. Управление малосигнальными искажениями
370
10.10. Рабочие характеристики (эффективность)
377
10.11. Установление происхождения нового типа усилителя: Класс А + С
380
10.12. Добавление двухполюсной компенсации
383
10.13. Дальнейшие вариации на тему усилителя Класса G
385
10.14. Список использованных источников
386

ГЛАВА 11. Выходные каскады на полевых транзисторах
387

11.1. Характеристика мощных полевых транзисторов
387
11.2. Сравнение выходных каскадов на полевых и биполярных транзисторах
388
11.3. Биполярные транзисторы с изолированным затвором, IGBT
391
11.4. Выходные каскады на мощных полевых транзисторах
391
11.5. Мощные полевые и биполярные транзисторы: сравнение линейности
характеристик
395
11.6. Полевые транзисторы в каскадах Класса А
396
11.7. Список использованных источников
399

Глава 12. Термокомпенсация и динамика передачи тепла 400

12.1. Почему условия, определяющие величину тока в рабочей точке, 
являются критичными
400

6
СОДЕРЖАНИЕ

12.2. Точность, требуемая для эффективной тепловой компенсации
402
12.3. Основной метод температурной компенсации
408
12.4. Оценка погрешности напряжения смещения
410
12.5. Моделирование тепловых процессов
411
12.6. Моделирование выходного каскада на эмиттерных повторителях
412
12.7. Моделирование выходного каскада на паре, охваченной 
комплементарной обратной связью, CFP
424
12.8. Критерий абсолютной общей ошибки 
426
12.9. Улучшенная температурная компенсация: каскад с эмиттерными
повторителями
427
12.10. Вариант улучшенной компенсации для выходного каскада на паре, 
охваченной комплементарной обратной связью, CFP
433
12.11. Улучшенное месторасположения термодатчика
434
12.12. Определитель температуры pn перехода
436
12.13. Контроль температуры pn перехода, учитывающий динамику 
процесса 
438
12.14. Заключение
440
12.15. Источники напряжения смещения с переменным значением 
температурного коэффициента
442
12.16. Реальная динамика тепловых процессов
451
12.17. Список использованных источников
457

Глава 13. Защита усилителя и громкоговорителей
458

13.1. Категории защиты усилителя
458
13.2. Защита от перегрузки
462
13.3. Ограничительные диоды
476
13.4. Защита от смещения по постоянной составляющей
477
13.5. Тепловая защита
489
13.6. Питание вспомогательный цепей
492
13.7. Список использованных источников
493

Глава 14. Заземление и некоторые другие практические
вопросы
494

14.1. Использование печатных плат в схемах усилителей низкой частоты
494
14.2. Односторонние и двухсторонние печатные платы
498
14.3. Заземление усилителя
506
14.4. Контуры заземления: как они действуют и как с ними управляться
508
14.5. Оборудование Классов I и II
515
14.6. Вопросы проектирования и конструкции оборудования
518

Глава 15. Тестирование, требования к безопасности
524

15.1. Тестирование оборудования, поиск неисправностей
524
15.2. Требования к безопасности 
526

7
СОДЕРЖАНИЕ

Я посвя щаю  эту  книгу  моим роди те лям Рас се лу (Rus sell) 
и Эве лин (Eve lyn),  а  также  всем  друзьям  и кол ле гам, кото рые
ока за ли нео це ни мую  помощь  в рабо те  над кни гой.  В осо бен но -
сти  хочу отме тить актив ную под держ ку, ока зан ную  мне Гаре -
том Кон но ром ( Gareth Con nor)  в  моих попыт ках соз дать «безу -
преч ный уси ли тель»,  и тер пе ние Пите ра  Кинга ( Peter  King)  при
обсуж де нии  новых  идей  по  этому вопро су. 

Пре ди сло вие

Искус ство про ек ти ро ва ния аудио уси ли те лей издав на прив ле ка ет вни ма ние
и радиолю би те лей,  и про фес сио на лов.  Может пока за ть ся,  что рабо та, кото рую
при  этом тре бу ет ся выпол нить, доволь но про ста,  но  для соз да ния надеж но го
высо ко ка че ствен но го уси ли те ля раз ра бот чик дол жен при влечь  весь  багаж  своих
зна ний  в обла сти элек тро ни ки.  К сожа ле нию, инфор ма ция  по вопро сам про ек ти -
ро ва ния уси ли те лей мощ но сти зву ко вых  частот труд но до ступ на, поэ то му  я наде -
юсь,  что дан ная  книга вос пол нит  этот недо ста ток. 
Дале ко  не  все вопро сы, касаю щие ся про ек ти ро ва ния аудио уси ли те лей, полу -
чи ли серьез ное науч ное иссле до ва ние. Боль шая  часть  книги – резуль тат  моих
соб ствен ных иссле до ва ний, кото рые  я  был вынуж ден выпол нить  изза недо стат -
ка опу бли ко ван ной  по  этому вопро су инфор ма ции. 
В резуль та те  моей рабо ты  по изу че нию источ ни ков воз ни кно ве ния иска же -
ний уси ли вае мо го сиг на ла –  а  это тра ди цион но счи та ет ся  одной  из  самых
труд ных про блем  при про ек ти ро ва нии уси ли те лей –  были выяв ле ны  и отде ле -
ны  друг  от  друга нес коль ко взаи мо дей ствую щих меха низ мов гене ра ции иска -
же ний,  что позво ли ло оце нить  и мини ми зи ро вать  вклад каж до го  из  них
с целью соз да ния высо ко ка че ствен ных уси ли те лей клас сов  A  и  B  с пре дель но
низ ким коэф фи ци ен том нели ней ных иска же ний,  что  всего  два-три  года  назад
каза лось  еще невоз мож ным. Пред ло жен ная мето ди ка про ек ти ро ва ния аудио -
уси ли те лей, кото рая опи са на  в  этой  книге, позво ля ет полу чать надеж ные
резуль та ты  с исполь зо ва ни ем доста точ но мало го  числа кон ту ров отри ца тель -
ной обрат ной  связи  и  не повы ша ет суще ствен но сто и мость про ек ти ру е мых
уси ли те лей. 
Про ве ден ная рабо та при бли жа ет  нас  к поня тию «безу преч но го уси ли те ля»,
кото рый  мог  бы слу жить свое го  рода эта ло ном каче ства уси ле ния  и  к кото ро му
дол жен стре мить ся  любой често лю би вый раз ра бот чик. Пер вым  шагом  на  этом
пути  стал раз ра бо тан ный  мною трех ре жим ный уси ли тель (наз ван ный  так пото -
му,  что  он  может рабо тать  в  любом  из  трех режи мов  A,  B  или  AB), подроб но рас -
смо трен ный  в  главе 9. 

Кроме вопро сов мини ми за ции иска же ний  и повы ше ния линей но сти уси ле -
ния,  в  книге  также зат ра ги ва ют ся  и дру гие важ ные про бле мы, свя зан ные  с про -
ек ти ро ва ни ем уси ли те лей,  такие  как надеж ность, обес пе че ние ста биль ным пита -
ни ем, защи та  от пере гру зок  и  т.п. При ве ден уни каль ный мате ри ал  по режи мам
рабо ты  на реак тив ную нагруз ку, необыч ным спо со бам ком пен са ции иска же ний 
и мно гое дру гое. Обсуж да емые вопро сы снаб же ны подроб ны ми ссы лка ми  на
спра воч ные изда ния, приз ван ные  помочь чита те лю  в даль ней шем иссле до ва нии
в  этой обла сти. 
В аудио тех ни ке неред ко вспы хи ва ют раз лич ные  споры, точ нее  было  бы ска -
зать,  что  это  стало обыч ным явле ни ем,  и  это нес мо тря  на  то,  что,  как пра ви ло,
редко удает ся  выявить доста точ но серьез ную осно ву  для  таких раз но гла сий.  Хотя
искус ство про ек ти ро ва ния аудио ап па ра ту ры раз ви ва лось  по мно гим напра вле -
ниям,  но  и  ему  не уда лось избе жать вни ма ния  тех,  кто испы ты ва ет склон ность
ско рее  к суе ве риям,  чем  к  науке.  При рабо те  над кни гой  я всег да ста рал ся сле до -
вать  туда,  куда  вели  меня  факты,  а  мой  опыт музы кан талю би те ля  и про фес сио -
наль но го раз ра бот чи ка аудио ап па ра ту ры,  а  также  мои иссле до ва ния  в обла сти
психо ло гии  и пси хо фи зио ло гии слу хо во го вос при я тия при ве ли  меня  к твер до му
заклю че нию,  что  не суще ству ет аспек тов, влия ющих  на каче ство вос про из ве де -
ния  звука, кото рые нель зя  было  бы объяс нить,  и  что  любая доста точ но серьез ная
книга  на  эту  тему дол жна  быть осно ва на  на  этой пред по сы лке. 
Я при ло жил  все уси лия,  чтобы инфор ма ция, пред ста влен ная  в  этой  книге –
и тео рия,  и резуль та ты моде ли ро ва ния,  и экс пе ри мен таль ные изме ре ния, –
не откло ня лась  от исти ны, нас коль ко  это воз мож но. Пра виль ность основ ных
поло же ний, при ве ден ных  здесь, под твер жда ет ся выпу ском  более  чем 20000 высо -
ко ка че ствен ных уси ли те лей, про из ве ден ных  за послед ние  два  года, –  вряд  ли
какаяли бо мето ди ка про ек ти ро ва ния  может надеять ся полу чить  более серьез ную
экс пе ри мен таль ную под держ ку. Разу ме ет ся,  автор приз на ет  свою ответ ствен -
ность  за  любые неточ но сти, кото рые  могут  еще  могут  быть выяв ле ны. 
Я  думаю,  что  эта  книга  будет полез на  всем раз ра бот чи кам аудио ап па ра ту ры,
как люби те лям,  так  и про фес сио на лам.  Но  более  всего  я наде юсь,  что  она ока жет
сти му ли рую щее воз дей ствие  на дру гих иссле до ва те лей  в  этой обла сти  и помо жет
им рас ши рить гра ни цы  наших поз на ний  в обла сти аудио тех ни ки. 

Дуглас  Селф

11
ПРЕДИСЛОВИЕ

Глава 1.  Общие све де ния  о  УМЗЧ

1.1. Эко но ми че ская важ ность  УМЗЧ

Зна че ние уси ли те лей мощ но сти зву ко вых  частот ( УМЗЧ) труд но перео це нить.
Еже год но  в  мире про из во дит ся  сотни  тысяч  УМЗЧ, исто рия  их разви тия ведет ся
с двад ца тых  годов про шло го сто ле тия. Поэ то му вызы ва ет удив ле ние  тот  факт,  что
вопро сам  их раз ра бот ки посвя ще но  не  так  уж  много  книг.
Автор наде ет ся,  что  книга, кото рую  вы дер жи те  в  руках, нес коль ко вос пол нит
этот про бел. Вопер вых,  здесь  вы най де те серьез ное обсуж де ние мно гих про блем,
воз ни ка ющих  у раз ра бот чи ков  при про ек ти ро ва нии  УМЗЧ. Вовто рых,  за
послед ние  годы  в дан ной обла сти  было опу бли ко ва но нема ло ори ги наль ных
работ, поэ то му  одной  из  целей  книги явля ет ся рас про стра не ние  новых резуль та -
тов  среди широ кой чита тель ской ауди то рии. 
Важ ный резуль тат послед них дости же ний  в обла сти раз ра бот ки зву ко вых уси ли -
те лей состо ит  в  том,  что про це ду ра про ек ти ро ва ния  УМЗЧ  с низ ким коэф фи ци ен -
том иска же ний  теперь  может  быть опи са на  в  виде доста точ но стро го го алго рит ма,  а -
не рас плыв ча тых мето дик  с мно же ством под вод ных кам ней,  как  это  было  ранее. 

1.2. Обращение к чита те лю

Чтобы  книга тако го  рода  имела разум ный  объем,  автор вынуж ден пред по ла гать
у чита те ля нали чие элемен тар ных зна ний  в обла сти аудио тех ни ки. Поэ то му  мы
не  будем обсуж дать опре де ле ния основ ных поня тий,  таких  как частот ная харак -
те ри сти ка, коэф фи ци ент нели ней ных иска же ний  и отно ше ние сиг нал/шум.
Посколь ку боль шин ство баналь ных  и широ ко извест ных фак тов  из обла сти элек -
тро ни ки без жа лост но опу ще ны, дан ная  книга  не  может  быть реко мен до ва на  для
началь но го зна ком ства  с пред ме том.  Чтобы  не услож нять изло же ние мате ма ти че -
ски ми выклад ка ми, при ве де ны толь ко  самые важ ные соот но ше ния  для основ ных
пара ме тров уси ли те лей,  а  для слож но го рас че та харак те ри стик рас сма три ва е мых
схем исполь зу ют ся спе циа ли зи ро ван ные ком пью тер ные про грам мы. 

Тем  не  менее,  автор подроб но обсуж да ет меха низм дей ствия отри ца тель ной
обрат ной  связи, поло жен ной  в осно ву рабо ту высо ко ка че ствен ных уси ли те лей,
так  как  до  сих  пор широ ко рас про стра не ны раз лич ные заблуж де ния отно си тель -
но прин ци па рабо ты подоб ных  устройств. 

1.3.  Цели  и источ ни ки 

Основ ной мате ри ал, при ве ден ный  в дан ной  книге,  был пер во на чаль но опу бли ко -
ван  в Com pu ter  World (« Мир элек тро ни ки»)  в  виде  серии  из вось ми ста тей  под
общим наз ва ни ем Distor tion  In  Power Ampli fi ers («Иска же ния  в уси ли телях мощ -
но сти»).  Статьи  были посвя ще ны глав ным обра зом обсуж де нию наи бо лее важ но го
пара ме тра зву ко вых уси ли те лей – коэф фи ци ен ту нели ней ных иска же ний ( КНИ).
Зна че ние  этого пара ме тра  у раз лич ных  УМЗЧ  при мак си маль ной выход ной мощ -
но сти  может варьи ро вать ся  от 2%  до 0,0005%,  то  есть раз ни ца соста вля ет 4000:1,
и это  при  том,  что  и  те,  и дру гие уси ли те ли  могут счи тать ся доста точ но каче ствен -
ны ми.  Из  этого нель зя  делать  вывод,  что зна че ние дан но го пара ме тра  не  так  уж
важно.  Если  вы наблю да ли разви тие  рынка аудио уси ли те лей  за послед ние двад -
цать  лет,  то навер ня ка заме ти ли,  что  УМЗЧ  с  более низ ким зна че ни ем  КНИ
имеют бо′ль шую сто и мость.  Далее  мы подроб но обсу дим  этот  вопрос. 
На публи ка цию пер во на чаль ной  серии ста тей авто ра вдох но ви ла  идея соз да -
ния уси ли те ля, имею ще го  такую  же линей ность харак те ри сти ки,  что  и уси ли те ли
клас са  A,  но  без обыч ных  в  этом слу чае про блем  с низ ким  КПД  и отво дом  тепла.
Одна ко  в про цес се рабо ты выяс ни лось,  что высо кая линей ность выход но го каска -
да прак ти че ски пол но стью зат ме ва ет ся  на  фоне иска же ний, вно си мых мало сиг -
наль ны ми каска да ми пред ва ри тель но го уси ле ния. Поэ то му дости же ние высо ких
харак те ри стик  всего устрой ства невоз мож но  без сни же ния иска же ний  в пред ва -
ри тель ных уси ли тель ных каска дах. Поэ то му мало мощ ные уси ли те ли клас са  A
с высо кой линей но стью  были рас смо тре ны отдель но,  чтобы  выявить раз лич ные
источ ни ки иска же ний сиг на ла. Сле ду ет заме тить,  что  это ока за лось непро стой
зада чей. Воз мож но,  самым глав ным элемен том новиз ны рас сма три ва е мо го
в книге похо да  к опи сы вае мой про бле ме заклю ча ет ся  в  том,  что  все источ ни ки
иска же ний ( а  не  один-два основ ных,  как обыч но) учи ты ва ют ся сов ме стно,  что
дает  в резуль та те воз мож ность про ек ти ро вать  УМЗЧ  с чрез вы чай но низ ким
коэф фи ци ен том иска же ний, исполь зуя нес коль ко  общих кон ту ров отри ца тель -
ной обрат ной  связи. 
Бо′ль шая  часть  книги посвя ще на рас смо тре нию про блем, свя зан ных  с иска же -
ния ми  в уси ли тель ных каска дах. Вопер вых,  это объяс ня ет ся  тем,  что зна че ние
коэф фи ци ен та нели ней ных иска же ний изме ня ет ся  в наи бо лее широ ких пре де лах,
по срав не нию  со  всеми дру ги ми пара ме тра ми уси ли тель ных каска дов. Вовто рых,
вопрос  об источ ни ках иска же ний  в уси ли телях  до недав не го вре ме ни являл ся
свое го  рода  белым пят ном  на  карте раз ра бот чи ка  УМЗЧ.  Было  ясно,  что суще -
ству ют нес коль ко раз лич ных источ ни ков иска же ний, дей ствую щих сов ме стно.
Эта  книга помо жет  вам отде лить  эти источ ни ки  друг  друга,  чтобы  по воз мож но -
сти мини ми зи ро вать  вклад каж до го  из  них  и добить ся наи бо лее высо ких харак те -
ри стик про ек ти ру е мо го уси ли те ля. 

13
1.3.  ЦЕЛИ  И ИСТОЧ НИ КИ 

Сле ду ет заме тить,  что  на про тя же нии  всей  книги  мы  будем счи тать,  что иска -
же ние уси ли вае мо го сиг на ла –  это пло хое явле ние  и  что  оно дол жно  быть  по воз -
мож но сти мини ми зи ро ва но. Иног да выдви га ют ся аль тер на тив ные  идеи  по пово -
ду  того,  что неко то рые  виды иска же ний вос при ни ма ют ся  ухом чело ве ка  как
впол не бла го звуч ные  и поэ то му  могут  быть оста вле ны  или  даже уве ли че ны  при
про ек ти ро ва нии  УМЗЧ,  но  автор никог да  не раз де лял подоб ных воз зре ний. Поэ -
то му  мы  будем стре мить ся  к  тому,  чтобы сде лать аудио тракт  в мак си маль ной сте -
пе ни про зрач ным  для уси ли вае мо го сиг на ла.  А  если  комуто захо чет ся вне сти
в сиг нал каки ели бо иска же ния,  то луч ший спо соб реа ли за ции  этого – исполь зо -
ва ние допол ни тель но го источ ни ка. Вопер вых,  такой под ход  более эффек ти вен,
чем гене ра ция иска же ний нуж но го  типа  в  самом уси ли те ле,  а вовто рых,  он  имеет
важ ное пре и му ще ство  перед  всеми осталь ны ми мето да ми,  так  как допол ни тель -
ный источ ник иска же ний  при жела нии  может  быть выклю чен. 
Автор наде ет ся,  что пред ста влен ная  в  книге инфор ма ция  будет полез на  всем,
кто инте ре су ет ся про ек ти ро ва ни ем аудио уси ли те лей. Вели ко бри та ния  имеет дав -
нюю тра ди цию малень ких  и  очень малень ких  фирм, зани маю щих ся про из вод -
ством аудио ап па ра ту ры,  чьи тех ни че ские  и про из вод ствен ные мощ но сти  не слиш -
комто отли ча ют ся  от воз мож но стей опыт но го радиолю би те ля. Поэ то му  книга
рас счи та на  и  на люби те лей,  и  на про фес сио на лов. 
Автор стре мил ся  как  к тех ни че ско му совер шен ство ва нию рас сма три ва е мых
устройств,  так  и  к  их эко но ми че ской эффек тив но сти,  то  есть  к дости же нию луч -
ших харак те ри стик  при мини маль ной сто и мо сти изде лия. 
Веро ят но, чита те лю изве стен  тот  факт,  что лите ра ту ра  по элек тро ни ке содер -
жит мно же ство опи са ний  самых раз лич ных  устройств, рабо тос по соб ность кото -
рых кажет ся впол не веро ят ной,  но кото рые никог да  не про ве ря лись  на прак ти ке
и зача стую ока зы ва ют ся нера бо тос по соб ны ми. Поэ то му  автор  по воз мож но сти
стре мил ся при во дить  в  книге толь ко  те све де ния  и  схемы  устройств, кото рые
были  им соб ствен но руч но про ве ре ны.  Этим объяс ня ет ся непро пор цио наль ность
пред ста влен но го  в  книге мате ри а ла, напри мер, каска ды  на поле вых тран зи сто рах
рас смо тре ны  менее подроб но,  чем  на бипо ляр ных.  Дело  в  том,  что поле вые тран -
зи сто ры,  как пра ви ло, ока зы ва ют ся  и  более доро ги ми,  и  менее линей ны ми.
Кроме  того,  автор  имеет  опыт  в про ек ти ро ва нии  УМЗЧ  с выход ной мощ но стью
не  более 300  Вт,  так  что свер хвы со ко мощ ные уси ли те ли  для гром ко го во ря щих
систем опо ве ще ния  также  не пред ста вле ны  в  книге.  Автор наде ет ся,  что  эти огра -
ни че ния опра вда ны,  так  как помо гут избе жать публи ка ции непро ве рен ных све -
де ний. 

1.4. Иссле до ва ния  в обла сти про ек ти ро ва ния  УМЗЧ

Исто рия разви тия твер до тель ных уси ли те лей нас чи ты ва ет  уже  более 40  лет,  но
было  бы ошиб кой счи тать,  что  все вопро сы  их ана ли за  и про ек ти ро ва ния доста -
точ но изу че ны.  В  книге при во дит ся  ряд резуль та тов, кото рые  имеют  элемент
новиз ны:

● необхо ди мость точ но го под бо ра вход но го импе дан са уси ли те ля  для пре дот -
вра ще ния гене ра ции вто рой гар мо ни ки сиг на ла;

14
ГЛАВА 1.  ОБЩИЕ СВЕ ДЕ НИЯ  О  УМЗЧ

● повы ше ние линей но сти  и сни же ние кол лек тор но го импе дан са  в каска де уси -
ле ния напря же ния  за  счет исполь зо ва ния супер бе татран зи сто ра;

● объяс не ния  того, поче му бипо ляр ный тран зи стор  имеет бо′ль ший коэф фи ци -
ент нели ней ных иска же ний  при рабо те  на нагруз ку сопро тив ле ни ем 4  Ом,
чем  при вось миом ной нагруз ке; 

● выяв ле ние  того  факта,  что  в обыч ном выход ном каска де  на бипо ляр ных тран -
зи сто рах вели чи на постоян но го  тока  не  оказывает решаю ще го влияния на
каче ство уси ле ния,  что дей стви тель но  важно –  так  это напря же ние  между
эмит те ра ми тран зи сто ров;

● дока за тель ство  того,  что поле вые тран зи сто ры  в  УМЗЧ,  в тече ние мно гих  лет
рекла ми ру е мые  как имею щие луч шую линей ность уси ле ния,  на  самом  деле
обла да ют  по срав не нию  с бипо ляр ны ми тран зи сто ра ми худ шей линей но стью
харак те ри стик; 

● в боль шин стве  УМЗЧ глав ным источ ни ком иска же ний явля ют ся  не  сами
уси ли тель ные каска ды,  а навод ки  по  шинам пита ния  и неста биль ность источ -
ни ка пита ния; 

● нес мо тря  на мно го чи слен ные публи ка ции осцил ло грамм, изо бра жаю щих
после до ва тель ность пря моу голь ных импуль сов, иска жен ных поме ха ми, заяв -
лен ных  как демон стра ция пере ход ной харак те ри сти ки  при рабо те уси ли те ля
на емко стную нагруз ку,  на  самом  деле подоб ные диа грам мы демон стри ру ют
иска же ния, вызван ные выход ной индук тив но стью  и импе дан сом нагруз ки,
и мало  что гово рят  о ста биль но сти уси ле ния. 

При ве ден ный спи сок  может  быть про дол жен. 
Как  и  любая дру гая, дан ная  книга  не  может являть ся послед ним сло вом  в обла сти про -
ек ти ро ва ния  УМЗЧ,  она  лишь отра жа ет состоя ние про блем, сло жив ших ся  в  этой обла сти
к момен ту  ее напи са ния. Разу ме ет ся,  также нель зя утвер ждать,  что  здесь все сто рон не рас -
смо тре ны  все воз мож ные  типы уси ли те лей мощ но сти  инашли  свое отра же ние  все мысли -
мые аспек ты  их про ек ти ро ва ния.  При обсуж де нии мно гих затро ну тых  здесь вопро сов  автор
ловил  себя  на жела нии напи сать: «Потре бу ет ся отдель ная  книга  для подроб но го рас смо тре -
ния…».  На  пути  между Сцил лой-Подроб но сти  и Хариб дой-Раз но сто рон но сти  автор зача -
стую  был вынуж ден отсы лать чита те ля  за даль ней ши ми све де ния ми  к раз лич но го  рода
спра воч ни кам. 
Быту ет мне ние,  что про ек ти ро ва ние дис крет ных уси ли те лей –  в зна чи тель ной
сте пе ни безы ни циа тив ное заня тие  по срав не нию  с про ек ти ро ва ни ем ана ло го вых
инте граль ных  схем. Стре ми тель ное разви тие тех но ло гии опе ра ци он ных уси ли те -
лей  могло  бы слу жить нагляд ным под твер жде ни ем дан но го тези са.  Но  автор
потра тил зна чи тель ное  время  на изу че ние послед них дости же ний  в обла сти про -
ек ти ро ва ния опе ра ци он ных уси ли те лей  и дол жен  с сожа ле ни ем кон ста ти ро вать,
что  эта  область пре до ста вля ет  не  так  уж  много воз мож но стей  для фан та зии раз -
ра бот чи ка, пытаю ще го ся соз дать  новые мето ди ки про ек ти ро ва ния аудио уси ли те -
лей;  тому  есть нес коль ко при чин,  и  чтобы сэко но мить  ваше  время,  автор пере чи -
слит неко то рые  из  них:

● боль шин ство нако плен но го  в  этой обла сти иссле до ва тель ско го мате ри а ла отно -
сит ся  к поле вым тран зи сто рам, исполь зуе мым  в опе ра ци он ных уси ли телях,

15
1.4. ИССЛЕ ДО ВА НИЯ  В ОБЛА СТИ ПРО ЕК ТИ РО ВА НИЯ  УМЗЧ