Stereofonní integrovaný zesilovač

(duben 2003)

Stereofonní integrovaný zesilovač je jedním z nejrozšířenějších a také nejstarších výrobků spotřební elektroniky, proto jistě nikoho nepřekvapí, že se výrobci nevytasí každý rok s převratnými novinkami (na rozdíl např. od DVD či SACD). Přitom se však jedná o komponent, který má hned po reprosoustavách největší vliv na celkovou kvalitu reprodukce, a proto byste mu při nákupu měli věnovat náležitou pozornost.

 
Nejnáročnější hifisté s patřičně nabitými peněženkami budou jistě požadovat přístroj pracující ve třídě A, ti chudší se pak musí spokojit s nejrozšířenější třídou B, resp. AB. Zmíněná označení v tomto případě neznamenají jenom krevní skupiny, ale lapidárně rozdělují zesilovače podle nastavení klidového pracovního bodu výkonových tranzistorů, z čehož můžete vyčíst mj. účinnost zesilovače a také (zevrubně) i věrnost jeho reprodukce.
 
Ale začněme od začátku: V každém integrovaném audiozesilovači vlastně najdete zesilovačů hned několik. Hned za vstupními signálovými konektory se nachází předzesilovač, který musí příchozí signál zesílit na dostatečnou úroveň, aby jej mohl následně zpracovat zesilovač výkonový (na jehož výstup připojíte reproduktorové soustavy). Všechny tyto stupně jsou zpravidla propojeny tzv. zpětnou vazbou, která má za úkol udržet zkreslení zesilovače na co nejnižší hodnotě, u dražších konstrukcí také např. potlačuje výskyt stejnosměrné složky v signálu na reprovýstupech (tzv. DC servo).
 
Součástí předzesilovače bývají kromě vstupního přepínače i různé tónové korekce, ekvalizéry, regulátor Balance či fyziologická regulace (Loudness), a nezřídka také korekční RIAA předzesilovač pro gramofonový vstup. Minimální zkreslení a maximální odstup signálu od šumu jsou celkem samozřejmé nároky kladené na tento stupeň, stejně jako co nejvyšší separace levého a pravého kanálu. Výkonový blok pak musí splňovat poměrně přísné a přitom protichůdné požadavky. Má za úkol signál dále zesílit napěťově a posléze proudově (neboť z učebnic fyziky je zřejmé, že elektrický výkon je násobek napětí a proudu), a přitom jej nesmí zkreslit nad předepsanou mez, což není až tak jednoduché a samozřejmé, jak se na první pohled může zdát. Signál ve výkonovém stupni nejprve prochází tzv. diferenčním zesilovačem, který musí být dostatečně rychlý a mít naprosto lineární přenosovou charakteristiku. Dalším stupněm je napěťový zesilovač, který signál zesílí na požadované napětí. Musí mít rovněž dostatečně velkou rychlost přeběhu, tj. schopnost dodat na výstup signál s maximální amplitudou za co nejkratší časový úsek. Navíc musí mít co nejmenší výstupní impedanci a dobrou linearitu. Podmínka vysokého zisku naprázdno se jeví jako samozřejmá, kámen úrazu však spočívá v tom, že proudový zesilovací stupeň (který je za něj dále připojen) jej zatěžuje nejen odporově, ale i kapacitně (nemluvě o tzv. Millerových kapacitách v tranzistorech napěťového stupně coby následek zpětné vazby). S rostoucím kmitočtem tudíž poněkud stoupá i proudové zatížení napěťového stupně, čímž dochází k poklesu jeho zisku na vyšších kmitočtech. Tím také klesá účinnost zpětnovazebné smyčky mezi oběma stupni, která nedokáže dostatečně eliminovat zkreslení tohoto bloku jako celku.
 
Proudový stupeň je u levnějších modelů osazen zpravidla jedním párem výkonových tranzistorů v každém kanále, highendová kategorie však mívá také osm párů na kanál(!) (Audio Research & spol.). S jejich počtem souvisí i schopnost výkonového stupně dodat na reprosvorky dostatečně velký impulzní proud, resp. poradit si s nepříznivou hodnotou impedance reprosoustav (pro jeden pár tranzistorů v proudovém výkonovém stupni by neměla klesnout pod 4 ohmy). Tyto tranzistory jsou zpravidla těmi nejkvalitnějšími (a také nejdražšími) polovodičovými součástkami v každém zesilovači. Kvůli požadavku na vysokou rychlost přeběhu výkonového stupně musejí mít i vysoký mezní kmitočet a současně být dimenzovány na velký kolektorový proud a vysoké napětí mezi kolektorem a emitorem. Přístroje s tranzistory MOSFET ve výkonovém stupni mají převodní charakteristiku dosti podobnou elektronkovým zesilovačům, tudíž je mají mnozí posluchači v oblibě. Avšak postavit dostatečně rychlý a přitom stabilní MOSFETový zesilovač je obtížné a také dosti drahé, proto bych osobně vybíral u levnějších kategorií hlavně mezi zástupci s bipolárními tranzistory ve výkonovém stupni.
 
Základním parametrem všech tranzistorových zesilovačů, který je rozděluje do tříd uvedených na začátku, je klidový proud koncových stupňů. Nejvýše postavená je samozřejmě třída A, u níž je klidový proud rovný proudu maximálnímu, čímž zcela odpadá problematika tzv. přechodového zkreslení výkonového stupně. Jeho tranzistory totiž pracují v optimálním režimu, kdy mají téměř lineární přenosovou charakteristiku a navíc jejich napájecí napětí nekolísá. Mohou mít tedy stabilizovaný zdroj, což dále přispívá k nezkreslenému přenosu s vysokým odstupem signálu od šumu. Celý tento přepych však něco stojí, a to nejen vysoké platby za elektřinu. Účinnost takového zesilovače je totiž velmi malá (s trochou nadsázky jej můžeme nazvat přímotopným tělesem, jehož vedlejším produktem je zvukový signál), a proto musí mít dostatečně dimenzované chladiče, transformátory a samozřejmě i cenovku. A majitel pak také elektrické vedení ve svém bytě a výhodnou odběrovou smlouvu s dodavatelem elektrické energie. Protipólem této kategorie zesilovačů je třída B, která má naopak klidový proud (téměř) nulový, čímž její účinnost dosahuje teoreticky 78,6 %, ve skutečnosti cca 60 %. U ní však na bohužel pracují výkonové tranzistory v nepříznivé oblasti svých charakteristik, resp. při přechodu střídavého signálu do opačné polarity musí dojít k „přepnutí“ na příslušný tranzistor v rámci komplementární dvojice. Ten však začne přenášet signál až od vstupní napěťové úrovně cca 0,7 V, proto je zvuk poznamenán tzv. přechodovým zkreslením, které je patrné zejména na vyšších kmitočtech („písek“ v houslích, „uzlíky“ na hlasivkách zpěváků apod.). Rozumným kompromisem je třída AB, která má klidový proud nastaven na hodnotu sice mnohem menší než je maximum, ale ještě dostatečně velkou na to, aby bylo přechodové zkreslení minimalizováno. Nelze však jednoznačně říci, že čím vyšší hodnota klidového proudu, tím lépe. Do hry totiž dále vstupuje jeho teplotní stabilizace, s níž souvisí mj. „rozehrávání“ přístrojů v rámci hifistické latiny. Faktem je, že i zesilovač třídy AB potřebuje dostatečně dimenzovaný napájecí zdroj, zejména filtrační kondenzátory s velkou kapacitou a minimálním vnitřním odporem, které slouží jako akumulační zásobníky energie při přenosu signálu s velkým dynamickým skokem.
 
Mezi novinky, které začínají dobývat i komerční oblast, lze zařadit především třídu D, která jde na danou problematiku poněkud z jiného úhlu. Zatímco klasické zesilovače pracují se signálem bez jeho předchozí tvarové úpravy, ve třídě D je signál nejprve v modulátoru převeden na sled impulzů, které jsou šířkově modulovány a jejich opakovací frekvence je konstantní (činí řádově stovky kHz). Informace o velikosti signálu je tudíž zakódovaná v okamžité délce trvání každého impulzu, resp. jeho šířce. Jejich napěťovou amplitudu zvýší další stupeň (impulzní zesilovač), který pracuje v podstatě jako řízený spínač napětí o velké úrovni. Následuje dolní propust, která odstraní nežádoucí vyšší harmonické složky, a pak je signál po průchodu omezovačem a dalším impulzním zesilovačem opět (pomocí demodulátoru) převeden na analogový tvar. Účinnost zesilovačů ve třídě D přesahuje 90%, tepelné ztráty jsou tedy zanedbatelné a většímu rozšíření této koncepce zatím brání potíže s potlačením nežádoucích harmonických složek, které zasahují do rozhlasového AM pásma, čímž se zmíněné přístroje dostávají do konfliktu s normami EU. Největší využití má tato třída mezi digitálními zesilovači, které jsou však zatím určeny pro zájemce z horních deseti tisíc.
 
Dalším kvalitativním měřítkem je schopnost zesilovače přenést signál do zátěže, která má vlastnosti nejen odporové, ale i indukční a kapacitní. Jistě sami víte, jak nevyrovnané jsou impedanční charakteristiky zejména u lacinějších reprosoustav, přičemž kvalitní zesilovač si musí umět poradit i s takovýmto problémem. Měl by proto mít co nejvyšší hodnotu činitele tlumení. Jedná se v podstatě o poměrný údaj, který vypovídá, kolikrát je výstupní impedance zesilovače menší než impedance reprosoustav (jde o bezrozměrné číslo, které se s rostoucí frekvencí zpravidla snižuje). Čím vyšší hodnotou se přístroj pyšní (za slušné minimum se považuje velikost 30, u highendu je samozřejmostí hodnota vyšší než 100), tím lépe zvládne provoz s horšími reprosoustavami, resp. reprokabely. Protože však nic není zadarmo, je u lacinějších konstrukcí jeho vysoká hodnota zpravidla vykoupena horší stabilitou, neboť výstupní impedanci zesilovače předurčují zpětnovazebné rezistory zapojené mezi kolektory výkonových tranzistorů a střední vodič. Pokud mají příliš nízkou hodnotu, protéká celým stupněm velký zpětnovazební proud a zesilovač se při extrémním zatížení začne chovat nestabilně. Sklony k nestabilnímu chování prozradí např. přenos obdélníkového signálu s připojenou komplexní zátěží na reprosvorkách, která co nejlépe simuluje skutečné chování reproduktorové výhybky. Pokud má zesilovač sklony k nestabilnímu chování, objeví se na náběžných hranách impulzů překmity, jejichž velikost dosáhne v krajním případě úrovně samotného obdélníkového impulzu.
 
Osobně si troufám tvrdit, že tyto dynamické vlastnosti jsou mnohem důležitějším vodítkem při výběru, než oslnivé údaje o odstupu signál/šum či zkreslení THD v technických parametrech (ty beztak bývají měřeny v režimu, ve kterém zesilovač pracuje jen zřídka, tj. při přenosu sinusového signálu 1 kHz s velkým výkonem, aby se neuplatnilo přechodové zkreslení). Dnes již není velký problém postavit zesilovač s odstupem signál/šum 90 dB či zkreslením THD 0,1 %, spíše je složité (a drahé) udělat mu dostatečně rychlý a přitom stabilní výkonový stupeň. Do nejhorší skupiny patří hlavně přístroje, které mají výkonový stupeň osazený nikoli diskrétními tranzistory, ale integrovanými obvody, neboť ty bývají většinou konstruovány jako zesilovače s vysokým zesílením, jež „krotí“ překompenzovaná zpětná vazba.
 
Dalším extrémním stavem zasluhujícím pozornost při testování je tzv. limitace, tedy provozní režim, kdy je signál na výstupu natolik velký, že jej není možné přenést v plném rozsahu a zesilovač jej „ořízne“. V tomto okamžiku se na reprosvorky dostane v podstatě stejnosměrné napětí, které při delším trvání tohoto jevu může zničit reproduktory (jeho úroveň může u 100W zesilovače se „čtyřohmovými“ reprosoustavami dosahovat až 20 V!). Zesilovač se v limitaci navíc chová zpravidla značně nestabilně, v tomto okamžiku totiž nepracuje zpětná vazba, neboť polovodičové přechody tranzistorů jsou přesycené, a tudíž nejsou „řiditelné“. Co to může udělat s průběhem signálu – vzniklé překmity zde mají úroveň téměř 18 V, což pěkně „zacvičí“ s výškovým reproduktorem. Ideálu, který již hezkých pár desetiletí představují v tomto směru elektronkové zesilovače, se zpravidla blíží jen highendové přístroje od vybraných výrobců (např přístroje Pavla Dudka nebo z těch komerčnějších Harman/Kardon).
 
Pro mnohé zájemce však bude mít zajisté mnohem větší vliv na výběr zesilovače jeho vybavení. Majitelé gramofonů mají situaci rok od roku obtížnější, neboť počet přístrojů s potřebným předzesilovačem pro MM přenosku se stále snižuje, o možnosti přizpůsobit vstup MC přenosce nemluvě. Standardním příslušenstvím v komerčnější skupině jsou korekce basů a výšek, mnohdy i fyziologická regulace. Ortodoxní hifista však všechny korekce jedním gestem zamítne, resp. bude pátrat po přepínači, který tyto obvody přemostí. Pod různými názvy (Source Direct, Pure Direct, CD Direct…) jej najdete téměř na každém zesilovači, i když rozsah jeho účinnosti se diametrálně liší přístroj od přístroje. V ideálním případě by mělo být možné s ním přemostit celý předzesilovač, a ne pouze tónové korekce. Způsob činnosti této funkce celkem snadno zjistíte sami: Pokud po zapnutí Source Direct zůstane v provozu např. tlačítko Tape Monitor nebo přepínač signálu pro nahrávání, či dokonce regulátor Balance, pak je předzesilovač i nadále v akci…
 
S věrností zvuku a dostatečným odstupem signálu od šumu souvisí nepřímo také bezpečnostní třída, ve které je zesilovač postaven. Optimální je konstrukce ve 2. bezpečnostní třídě s dvouvodičovou síťovou šňůrou, neboť pak je přístroj díky transformátoru galvanicky zcela oddělený od sítě a nemůže dojít ke vzniku zemnicích smyček, způsobujících častý brum po spojení s dalšími komponenty. Pokud má zesilovač třívodičový síťový kabel a navíc přímo uzemněnou kostru (bez rezistoru, který by odděloval „pracovní“ a ochranné zemnění), může po připojení např. CD přehrávače konstruovaného ve stejné bezpečnostní třídě dojít ke vzniku zemnicí smyčky, do níž se naindukuje brumové napětí. Jak vidno, i s takovými záludnostmi se můžete při prvním zapojování komponentů setkat, a proto není na škodu si při nákupu donést do hifi studia na zkoušku vlastní CD přehrávač, nebo si zesilovač na zkoušku (a po složení zálohy) zapůjčit domů.
Doprava ZDARMA

Doprava zdarma

Váš košík

Košík je prázdný

Bonusy ZDARMA / SE SLEVOU
Napište nám

... nebo na email: hifimarket (zavináč) hifimarket.cz

Novinky v Hi-Fi marketu

  •  Sledujte Novinky, Zprávy & Tipy na našem Facebooku!

Sledujte naše Novinky na Facebooku

Přihlášení zákazníka

Newsletter - odběr novinek

Doprava na Slovensko