Amplificatorul lui Lin este primul circuit practic funcțional al unui amplificator de putere audio cu tranzistor fără transformator (UMZCH). Dezvoltat de Hong-Chan Lin (HC Lin) în 1956, a fost folosit masiv în seriale UMZCH din anii 1960 și prima jumătate a anilor 1970. La începutul anilor 1970, designerii au dezvoltat circuitul Lin de bază în așa-numitul amplificator Lin modificat , un amplificator în trei trepte cu o etapă de intrare diferențială și o etapă de ieșire complementară push-pull . În toate variantele amplificatorului Lin, amplificarea tensiunii este atribuită unui singur tranzistor bipolar care funcționează în modul emițător comun , în timp ce nivelul de referință („ zero ”) al acestei etape este unul dintre șinele de alimentare.
Amplificatorul modificat al lui Lin, care este de fapt un amplificator operațional extrem de liniar ( amplificator operațional ), a dominat absolut circuitele UMZCH discrete și integrate și amplificatoarele operaționale integrate clasice din ultimul sfert al secolului al XX-lea și începutul secolului al XXI-lea [1] ] [2] . În circuitele UMZCH integrate de mică putere , sunt încă utilizate variante ale circuitului Lin de bază [1] .
Amplificatoarele de putere cu tranzistori din anii 1950 au fost construite conform circuitului simetric ( push-pull [com. 1] ) push-pull cu două transformatoare (intrare și ieșire) [3] [4] moștenit din circuitele tubulare . Aceste amplificatoare, care dezvoltau o putere de ieșire de ordinul a câteva sute de mW , aveau o eficiență ridicată (ceea ce a dus la utilizarea lor în radiouri portabile și aparate auditive ) cu distorsiuni neliniare inevitabil mari [3] . Un nivel ridicat de distorsiune de comutare a fost predeterminat prin funcționarea în modul AB cu curenți de repaus scăzut [3] . A fost practic imposibil de redus prin acoperirea amplificatorului cu o buclă de feedback negativ (NFB) din cauza distorsiunilor de frecvență și fază în două transformatoare conectate în serie [3] [5] .
Pentru ca amplificatorul acoperit de feedback să fie stabil , a fost necesar să se excludă din circuit cel puțin unul dintre cele două transformatoare [3] . Funcțiile de potrivire a impedanței și de divizare de fază a semnalului de comandă, care în circuitul clasic erau îndeplinite de transformatoare, ar fi trebuit să fie atribuite tranzistoarelor [6] . O dificultate suplimentară a fost gama limitată de tranzistori de atunci, exclusiv cu germaniu : în cascadele de curent scăzut, proiectanții puteau folosi atât tranzistori cu structuri pnp- și npn-structuri (nu sunt încă complementare ), în cele puternice - doar tranzistori pnp [6] . Soluția problemei - primul circuit practic funcțional al unui tranzistor fără transformator UMZCH - a fost găsită de dezvoltatorul RCA Hong-Chan Lin și publicată în numărul din septembrie al revistei Electronics pentru 1956 [6] [1] .
În versiunea clasică a autorului Lin, există doar două cascade. Toată amplificarea tensiunii este concentrată în prima etapă pe tranzistorul V1 (în circuitul UMZCH numit stadiul de amplificare a tensiunii , KUHN). Etapa de ieșire a lui Lin este un emițător follower cvasi-complementar push-pull , în brațul superior al căruia este pornit un tranzistor compozit pe o pereche Darlington , iar în brațul inferior - un tranzistor compozit pe o pereche Shiklai [7] . Stabilizarea termică a etajului de ieșire este atribuită termistorului RT. Amplificatorul este acoperit de trei bucle de feedback: creșterea tensiunii la condensatorul C3 stabilizează modul de funcționare V1, bucla OOS R8C5 în combinație cu rezistența de ieșire a sursei de semnal stabilește câștigul, divizorul R1R2 stabilizează tensiunea punctului de mijloc al adeptul emițătorului și, de asemenea, participă la setarea câștigului [7] [8 ] . Cu componentele specificate de Lin, amplificatorul este capabil să furnizeze 6 wați de putere de ieșire la o sarcină de 16 ohmi [7] . Coeficientul de distorsiune neliniară la o frecvență de 400 Hz ajunge la 1% - prea mult conform standardelor echipamentelor cu lămpi , dar semnificativ mai mic decât THD-ul circuitelor tranzistoare push-pull [7] .
DefecteSimplă, elegantă [1] și în același timp ingenioasă [6] , schema lui Lin a avut multe neajunsuri.
În primul rând, treapta de ieșire a fost conectată la sarcină printr-un condensator electrolitic de separare , care a introdus distorsiuni vizibile în semnalul amplificat.[ cum? ][ de ce? ] . În al doilea rând, treapta de intrare trebuia să fie conectată la o sursă de semnal cu o anumită rezistență internă
- nu mare, dar nu mică , care funcționa de fapt în modul generator de curent [3] .
Prima ar putea fi depășită prin trecerea de la o sursă de alimentare unipolară la una bipolară, a doua - prin conectarea unei etape suplimentare de potrivire la intrarea amplificatorului Lin. Mult mai gravă a fost problema derivei termice a etajului de ieșire: din această cauză introducerea în masă a amplificatorului Lin a început abia la mijlocul anilor 1960, când au apărut pe piață tranzistoarele de siliciu [9] . Amplificatoarele construite pe această bază de elemente noi erau destul de fiabile, economice, nu necesitau ajustare, dar erau disonante. Asimetria perechilor Darlington și Shiklai, greu de observat în cascade bazate pe tranzistoare cu germaniu, s-a dovedit a fi inacceptabil de mare odată cu trecerea la tranzistoarele cu siliciu [10] . Designerii anilor 1960, crescuți în circuite cu tuburi , nu au fost nici pregătiți, nici capabili să rezolve problema; cea mai simplă și cea mai bună soluție - utilizarea tranzistoarelor de ieșire complementare - nu era încă posibilă [11] - tranzistoarele puternice de siliciu din acei ani erau disponibile numai în structura npn, tranzistoarele puternice de siliciu pnp au apărut abia la începutul anilor 1970 și complementare (echilibrate ) perechi npn- și pnp-tranzistoare - chiar mai târziu [12] .
În ciuda deficiențelor, schema lui Lin s-a dovedit a fi extrem de durabilă. Îmbunătățirile constante, pas cu pas, ale nodurilor și conexiunilor dintre ele au continuat timp de decenii. La începutul anilor 1970, circuitul a mutat într-un amplificator Lin modificat , care a dominat absolut circuitul UMZCH din ultimul sfert al secolului al XX-lea, iar apoi acest circuit a suferit multe îmbunătățiri mari și mici. Principalul motiv pentru succesul circuitului constă în conectarea directă a etajului de amplificare a tensiunii și a etajului de ieșire. Amplificatorul Lin este ușor de transformat într-un amplificator DC cu drepturi depline (UCT) - pentru aceasta, este suficient să eliminați condensatorul de decuplare de ieșire și să completați circuitul cu o etapă diferenţială de intrare [13] . Conexiunea cu rezistență scăzută a bazelor și emițătorilor tranzistorilor de ieșire garantează o funcționare blândă chiar și cu curenți semnificativi de colector invers (care a fost critic pentru tranzistoarele imperfecte din anii 1960 și 1970), tranzistoarele de putere superioare și inferioare sunt blocate alternativ în siguranță. Niciunul dintre aceste avantaje, în sine, nu este unic pentru schema lui Lin, dar Lin a fost primul care le-a reunit într-un design simplu, productiv în masă și de îmbunătățire ulterioară [14] .
O serie de îmbunătățiri ale circuitului de bază au început nu mai târziu de 1961, când britanicii Toby și Dinsdale și-au publicat propria versiune a amplificatorului Lin. În această versiune cu trei trepte, circuitul a fost completat de o treaptă de intrare care a corespuns rezistenței scăzute de intrare a KUHN cu rezistența de ieșire a sursei de semnal, iar termistorul , care regla curentul de repaus al tranzistorilor de ieșire, a fost înlocuit cu o diodă cu germaniu [1] . La sfârșitul anilor 1960, senzorii cu diode de siliciu au devenit echipament standard al UMZCH [8] , iar cam în același timp au apărut primii senzori cu tranzistori - multiplicatori de tensiune bază-emițător [16] . Până la sfârșitul anilor 1970, senzorii cu tranzistori i-au înlocuit pe cei cu diode [16] .
La începutul anilor 1970, designerii UMZCH au stăpânit utilizarea generatoarelor de curent stabil cu tranzistori (GST), care au fost utilizate anterior doar în circuitele integrate analogice [8] . Înlocuirea rezistențelor de sarcină KUHN (R3, R4 în circuitul Lin) cu un GTS activ a făcut posibilă reducerea curentului de funcționare al KUHN (în circuitul Lin a fost forțat ridicat), pentru a crește câștigul său la un maxim practic (în anii 1970, era aproximativ 1000 ... 3000 [17 ] ) și refuză creșterea de tensiune. Excluderea condensatorului de creștere a tensiunii C3 a eliminat o potențială sursă de distorsiune și a adus circuitul mai aproape de ideal - un amplificator DC [8] .
Aproximativ în același timp, pe măsură ce costul componentelor de alimentare a devenit mai ieftin, a avut loc o tranziție de la puterea UMZCH unipolară la cea bipolară - cu excluderea condensatorului de separare C4 din circuit, s-a transformat într-un UPT cu drepturi depline [8] . În noua configurație, „zero” condiționat (potențial emițător) al circuitului de intrare KUHN nu mai coincidea cu firul comun - acum era legat de magistrala de alimentare (de obicei negativă) supusă la tot felul de interferențe [8] . Sarcina de a potrivi nivelurile de referință și de a filtra zgomotul în practică s-a dovedit a fi simplă: la început a fost rezolvată folosind o etapă de intrare pe un singur tranzistor, iar la începutul anilor 1960 și 1970, proiectanții au folosit pentru prima dată o etapă de intrare diferențială [8]. ] . Printr-o coincidență ciudată, treapta diferențială, care fusese folosită în calculatoarele cu tub și în automatizarea industrială încă din anii 1940, nu a fost folosită de proiectanții de echipamente audio până la mijlocul anilor 1960, când inginerii RCA au popularizat utilizarea sa în circuite folosind cele mai noi tranzistoare de siliciu [ 18] . Superioritatea cascadei diferențiale față de circuitele care au precedat-o a fost atât de mare încât deja în prima jumătate a anilor 1970 le-a înlocuit și a devenit o componentă indispensabilă, de necontestat a tranzistorului UMZCH [18] .
În paralel, proiectanții - încă legați de necesitatea de a folosi tranzistori de aceeași polaritate - căutau modalități de a lineariza treapta de ieșire natural neliniară, asimetrică a circuitului Lin [19] . Asimetria ar putea fi redusă la minimum prin utilizarea perechilor complementare de tranzistoare de mare putere. Primele circuite practice pe astfel de perechi au fost dezvoltate în 1967-1968 de către Bart Locanty și Arthur Bailey , dar tranzistoarele pnp necesare pentru ele erau încă scumpe și nefiabile. Designerii au fost nevoiți să continue îmbunătățirea circuitului, care folosea doar tranzistori npn. În 1969 s-au născut trei circuite alternative, în care asimetria perechilor Darlington și Shiklai a fost compensată parțial printr-o diodă adăugată perechii Shiklai; în același an, a început producția de amplificatoare bazate pe „triples Quad” - tranzistoare compozite în trei trepte [19] .
Aceste jumătăți de măsură nu au putut suprima complet distorsiunile care au generat „sunetul tranzistorului” - o soluție radicală, excluzând în principiu apariția distorsiunilor de comutare , a fost transferul etajului de ieșire în modul pur A. Compania britanică Sugden și numeroase acasă amatorii de fabricație au urmat această cale, dar pentru producția de masă amplificatoarele cu tranzistori în modul A erau prohibitiv de scumpe [20] . În curând, industria a stăpânit producția de tranzistoare PNP din siliciu ieftine și fiabile, treptele de ieșire complet complementare au intrat în practică, iar problema asimetriei treptei de ieșire era de domeniul trecutului. Deci, nu mai târziu de 1972, a existat o diagramă bloc a unui amplificator Lin modificat în trei trepte [21] .
Odată cu apariția perechilor complementare de tranzistori, nu mai târziu de 1980, în manualul german de Tietze și Schenck (ediția a 5-a, traducerea în limba rusă a cărții a fost publicată în 1982), a fost publicat un circuit în care, pentru a crește rezistența de intrare a unui emițător de urmărire complementar, diode care stabilesc tensiunea de polarizare, înlocuite cu o pereche de emițători complementari de putere redusă [22] . Cu toate acestea, este evident că un astfel de circuit a apărut cel târziu la mijlocul anilor 1970 - unul dintre autorii modelelor de amatori, A. Ageev [23] [24] se referă la publicarea circuitului așa-numitului „paralel” liniar. "amplificator .
Apariția perechilor complementare de tranzistoare a simplificat munca experimentală a pasionaților de casă , în special în tehnica de proiectare UMZCH. Astfel, într-un număr de circuite, problema asimetriei VCO a fost rezolvată prin utilizarea unei cascade simetrice cu două tranzistoare pe o pereche complementară de tranzistori [25] [26] . Tranzistoarele complementare au fost folosite și în etapa de intrare, înainte de KUHN [25] .