В интернете очень много материалов, посвященных усилителю Линсли Худа (John Linsley-Hood). В них рассказывается, какой это  хороший усилитель, и как он «сладко поёт». Посмотрим, что происходит на самом деле.

Внешний вид

На Новый год мне подарили усилитель Линсли Худа (John Linsley-Hood), приобретённый на Али Экспресс. Человек, сделавший этот подарок, в усилителях совершенно не разбирается. Но, зная, что я занимаюсь аудиотехникой, решил подарить мне хороший усилитель. Он отнёсся к подарку очень ответственно. Сначала изучил обзоры и отзывы об усилителях вообще, и выбрал усилитель Линсли Худа (John Linsley-Hood). Потом изучил множество предложений и отзывов на Али Экспресс. И купил такой усилитель в красивом корпусе и с большими индикаторами (VU-meters). Рис. 1…3.

Очень красивый усилитель. Да ещё и с большими стрелочными индикаторами — я их очень люблю.

Реальный усилитель оказался точь в точь, как на фото, тут претензий к продавцу нет.

Мне не нравится схема Линсли Худа, она не имеет каких-нибудь явных достоинств, но содержит ряд недостатков. Этот усилитель в большей степени курьёз, чем действительно хороший продукт. Поэтому я поблагодарил человека за подарок, но усилитель не слушал. Отложил до лучших времён.

И вот эти времена настали. Недавно я включил усилитель и послушал.

Боже мой! Это не просто ужас, это ужас-ужас-ужас!!!

• Звук тяжелый и неприятный.
• Высоких частот не хватает, как будто бы их обрезали регулятором тембра. Но в этом усилителе нет регулятора тембра!
• Максимальная громкость слишком низкая, всё время хочется прибавить громкости, но нельзя – звук становится совсем ужасным. Видимо сильно возрастают нелинейные искажения (THD).

Ну что ж, я разобрал усилитель, изучил его конструкцию и измерил параметры.

Основные параметры усилителя Линсли Худа (John Linsley-Hood)

Параметры измерены при той настройке усилителя, как мне его прислали.

• Коэффициент усиления на частоте 1 кГц (при установке регулятора громкости на максимум) ~ 13 раз (~ 22 дБ).
• Завал амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на частоте 20 Гц при сопротивлении нагрузки 4 ома = 2,2 дБ.
• Завал АЧХ на частоте 20 Гц при сопротивлении нагрузки 8 ом = 0,5 дБ.
• Выходное сопротивление на частоте 1 кГц ~ 0,6 Ом, следовательно, коэффициент демпфирования для нагрузки 4 ома составляет ~ 6,5.
• Скорость нарастания выходного напряжения 1,5 В/мкс.

Завал АЧХ на самых низких частотах вызван влиянием выходного разделительного конденсатора.

Надо отметить, что скорость нарастания весьма мала. Это не  удивительно, в 1969 году, когда разрабатывался усилитель, динамические искажения (TIM) ещё не были известны, поэтому не принималось никаких мер для борьбы с ними. Да и источники сигнала были сравнительно «медленные» — проигрыватели грампластинок и магнитофоны сравнительно низкого класса. Впрочем, скорость нарастания выходного напряжения не слишком низкая и не должна влиять на работу усилителя. Кстати, вполне возможно, что низкая скорость нарастания выходного напряжения является особенностью схемы усилителя. Я ещё этот вопрос не изучал.

• Максимальное неискажённое выходное напряжение усилителя на частоте 1 кГц и нагрузке 4 ома ~ 10 вольт пик-пик. Это соответствует выходной мощности 3,1 Вт.
• Максимальное неискажённое выходное напряжение усилителя на частоте 1 кГц и нагрузке 8 ом ~ 18,5 вольт пик-пик. Это соответствует выходной мощности 5,3 Вт.

То есть, выходная мощность, при которой сигнал не искажён, очень низкая, вот и не хватает громкости. Искажения формы сигнала я определял визуально по осциллографу. Так что возможно, что при этом максимальном напряжении уровень нелинейных искажений (THD) был высоким, и звук на указанной максимальной выходной мощности может заметно искажаться.

Положительный полупериод выходного напряжения ограничивается на уровне примерно 5 вольт. Отрицательный полупериод достигает значения 7 вольт – явная несимметрия усилителя. Это означает, что настройка усилителя была выполнена недостаточно оптимально. Оба канала настроены одинаково — похоже, что оптимальную настройку отрабатывали на усилителе с другим напряжением питания и тупо перенесли в этот усилитель.

Ограничение чистое. Никаких признаков возбуждения. Это хорошо.

На более высоких частотах значение максимального неискаженного выходного напряжения уменьшается, рис. 6…7. Поэтому и возникает ощущение нехватки высоких частот.

Уже на частоте 5 кГц происходит какое-то непонятное искажение положительного полупериода. На ограничение выходного сигнала накладывается какая-то частотная зависимость усилителя. И максимальное неискажённое выходное напряжение уже меньше – всего 4 вольта.

На частоте 15 кГц невозможно получить на выходе даже значения 3 вольта амплитуды (рис. 7). Частотные возможности усилителя по какой-то причине сильно ограничены. Вообще-то такое нехарактерно для усилителя Линсли Худа (John Linsley-Hood), по идее он должен нормально отрабатывать все частоты звукового диапазона. А впечатление такое, будто бы в схеме присутствует какой-то страшно медленный транзистор. Поскольку оба канала усилителя идентичны, то наличие одного бракованного транзистора является маловероятным.

На рисунке 8 показана зависимость максимальной выходной мощности от частоты для неискажённого сигнала. Этот график объясняет как нехватку громкости, так и нехватку высоких частот при прослушивании усилителя. Как видим, усилитель обеспечивает довольно маленькую выходную мощность на низких и средних частотах. А на высоких частотах выходная мощность вообще мизерна. Прибавить громкость невозможно – начинаются искажения. Да и не получится сделать громче – при увеличении уровня входного сигнала выходное напряжение практически не растёт.

На рис. 9 показана зависимость коэффициента нелинейных искажений (коэффициента гармоник, THD) от выходной мощности на нагрузке 4 ома. Это ужас. Такого быть не должно! Это хуже, чем у плохого лампового  усилителя. И хуже чем у самого плохого транзисторного усилителя, работающего в классе В.

Понятно, почему при попытке прибавить громкость слушать усилитель становилось просто невозможно – искажения остаются небольшими и приемлемыми для слуха при музыкальной мощности не более 1 Вт. В реальном сигнале уровень высоких частот гораздо ниже, чем средних, при выходной мощности усилителя 1 Вт на средних частотах, мощность высоких частот составляет порядка 0,2…0,3 Вт. Поэтому и искажения на высоких частотах не так велики.

Но само по себе значение коэффициента гармоник является малоинформативным. Важен спектр гармоник, ведь чем выше порядок (номер) гармоники, тем она «неприятнее на слух». Спектры гармоник показаны на рис. 10…15.

Как видно, спектр содержит в основном вторую гармонику, причём сравнительно небольшой величины, что воспринимается на слух как «приятно звучащие искажения». Но только при очень маленькой выходной мощности – до 0,5 Вт. И на невысоких частотах. По-хорошему такой спектр искажений (и даже чуть лучше) усилитель должен обеспечивать на всех уровнях громкости, вплоть до максимальной. И на всех частотах. По крайней мере, до 10 кГц.

При более высокой выходной мощности всё становится намного хуже.

Как видите, коэффициент гармоник усилителя очень большой даже при выходной мощности 2…3 Вт. Спектр нелинейных искажений очень широкий. Он содержит более двадцати гармоник, причём первые одиннадцать гармоник имеют такую величину, что они заметны на слух.

На высоких частотах, а  измерял искажения на частоте 8 кГц (а это не такая уж и высокая частота), всё становится ещё хуже. Из графиков спектров хорошо видно: звук с такими искажениями – это просто ужас-ужас-ужас!

Обычно такие искажения характерны для усилителей, которые либо ограничивают сигнал, либо работают в очень жёстком классе С. Данный усилитель должен работать в классе A, и для него такие искажения нехарактерны.

Несмотря на такие ужасные параметры усилителя, на сайте продавца присутствует множество положительных отзывов. Причину таких отзывов я не знаю. Возможно, мне попался единственный неудачный экземпляр усилителя. Возможно, кому-то нравится именно такое звучание .

Попробуем разобраться, в чём причина этих огромных искажений.

Схема усилителя Линсли Худа (John Linsley-Hood)

Усилитель Джона Линсли Худа (John Linsley-Hood) на самом деле является очень несимметричным. Поэтому в спектре искажений должна присутствовать вторая гармоника. Эта гармоника, если её амплитуда достаточно мала, является «сладко звучащей» и создаёт своеобразное звучание усилителя, которое и привлекает к нему внимание. Но для сохранения качества звучания эта вторая гармоника должна быть маленькой. Не более -60 дБ (то есть не более 0,1%). А других гармоник, более высокого порядка, быть не должно. То есть, спектр искажений должен соответствовать тому, что показано на рис. 10, причём амплитуды гармоник должны быть в несколько раз меньше.

Но мы наблюдаем совершенно иную картину. Следовательно, работа выходного каскада происходит неправильно (а идеей Линсли Худа на самом деле является именно выходной каскад и способ его подключения). Кроме того, топология остальной части усилителя и вся его схема являются древними и весьма слабыми. В 1969 году теория транзисторных усилителей ещё не была развитой. Тогда даже не знали о существовании динамических искажений – Матти Отала (Matti Otala) написал об этих искажениях годом позже. Но тем не менее, даже эта «доисторическая» схема должна работать намного лучше, чем она работает у меня.

Рассмотрим схему усилителя, рис. 16. Это «стандартная» схема образца 1969 года. В неё не внесено никаких улучшений, хотя с тех пор появились более качественные транзисторы и новые продвинутые схемные решения. Более того, сам автор схемы несколько раз её улучшал, но все делают именно самую первую, самую слабую схему. На мой взгляд, это глупо. Тем более, что нет необходимости копировать схему точь в точь. От этого она не станет антикварной. Это всё равно будет новодел. Это всё равно, что повторять один в один конструкцию телевизора (или автомобиля) 1969 года, сознательно исключая все новые технические решения, современные качественные детали и прочее.

Тем не менее, схема соответствует «эталону», она сделана правильно, качественно и аккуратно. Ток покоя транзистора VT1 слишком мал, напряжение покоя на выходе (на положительном выводе конденсатора С5) немного выше нормы — поэтому положительное ограничение сигнала наступает слишком рано. И главное — ток покоя выходного каскада является слишком маленьким. Об этом ниже.

Линсли Худу принадлежит не вся схема усилителя целиком, а только предвыходной и выходной каскады на транзисторах VT2-VT4. Даже вольтодобавка (цепь R7C4) была придумана до него. Главной особенностью такого выходного каскада является необходимость его работы в режиме класса А. То есть, ток покоя выходных транзисторов VT3, VT4 должен быть больше максимально возможного выходного тока (тока нагрузки, а нагрузкой усилителя является громкоговоритель).

Схема блока питания усилителя показана на рис. 17. Раздельное питание каналов усилителя — это больше маркетинговый ход. Но здесь оно к месту — блок питания получился компактным и хорошего качества. Силовой трансформатор отличный. Ёмкость накопительных конденсаторов вполне достаточна для хорошей работы усилителя.

На рис. 18 и 19 показаны печатные платы усилителя. Они являются зеркальным отражением друг друга. Монтаж грамотный и качественный.

Рис. 18. Плата усилителя Линсли Худа с Али Экспресс. Левый канал.

Рис. 19. Плата усилителя Линсли Худа с Али Экспресс. Правый канал.

А вот ток покоя выходного каскада этого усилителя равен 870 мА. Это слишком маленький ток. Катастрофически маленький! Чтобы при работе усилителя выходной каскад оставался в классе А, необходимо, чтобы ток нагрузки не превышал 850 мА. При этом максимальная выходная мощность на нагрузке на 8 ом составит меньше 3 Вт, а на нагрузке 4 ом меньше 1,5 Вт. Это при вычислении «на бумаге», а в реальности всё ещё хуже. Вот мы и нашли одну из причин (возможно, самую главную) плохой работы усилителя: при выходной мощности 2 Вт (рис. 11) выходной каскад уже не работает в классе А, а значит вносит большие искажения.

Усилитель Линсли Худа является более или менее ультралинейным только при работе транзисторов выходного каскада в режиме класса А!!!

Я не специалист по усилителю Линсли Худа, но предполагаю, что особенностью этой схемы является то, что при выходе из режима класса А, искажения у неё растут гораздо сильнее, чем у «традиционного» выходного каскада.

Первой моей мыслью было выбросить из корпуса всю начинку, оставить только блок питания, который легко сделать двуполярным. И установить в этот корпус плату какого-нибудь хорошего современного усилителя. Но потом я решил, что так будет неспортивно. Хороших усилителей у меня хватает, надо попробовать доработать этот усилитель.

Доработка усилителя Линсли Худа (John Linsley-Hood)

Самым простым вариантом доработки является увеличение тока покоя выходного каскада. Но при этом важно не допустить перегрева выходных транзисторов. В этом плане конструкция усилителя неудачная. Выходные транзисторы установлены на П-образном переходнике из алюминия, который передаёт тепло уже непосредственно радиатору, рис. 20. Толщина этого переходника, а также площадь его теплового контакта с радиатором недостаточны для полноценного охлаждения выходных транзисторов. Поэтому невозможно сильно увеличить ток покоя – выходные транзисторы перегреются и выйдут из строя.

Кроме того, в выпрямителях блока питания использованы слабые диоды, не рассчитанные на большой ток. Поэтому увеличение тока покоя выходного каскада может привести к выходу из строя выпрямительных диодов в блоке питания.

Так что оказалось возможным установить ток покоя выходных транзисторов равным всего лишь 1,1 ампер. И дополнительно я снизил исходное постоянное напряжение на положительном электроде конденсатора С5 до более оптимального значения 13,4 вольт. Это осуществляется регулированием подстроечных резисторов (триммеров) P1 и P2. Их необходимо регулировать по очереди (медленно и осторожно!) несколько раз подряд.

В результате звучание усилителя улучшилось. Улучшились и его технические показатели: расширился диапазон воспроизводимых частот; увеличилась максимальная неискажённая выходная мощность; снизились нелинейные искажения (THD). Свойства доработанного усилителя показаны на рис. 21…30. Например, в доработанном усилителе на частоте 1 кГц максимальная неискажённая выходная мощность в два раза больше, чем в исходном, а коэффициент нелинейных искажений (THD) при этом в десять раз меньше.

Вот это уже ближе к правильному спектру искажений: всего две гармоники, третья гармоника заметно меньше второй. Но всё равно, обе они ещё слишком велики. И достигается это, к сожалению, только на очень маленькой громкости. На нагрузке 8 ом искажений меньше, но меньше и громкость звучания.

Улучшение ситуации — снижение величины искажений и сужение их спектра — налицо. И на слух звук стал… лучше? Я бы так не сказал. Звук стал менее ужасным, но хорошим его назвать никак нельзя.

Возможно, что при большем значении тока покоя выходных транзисторов качество усилителя увеличится ещё в большей степени. Но температура транзисторов уже на пределе, поэтому в данной конструкции уже невозможно увеличивать ток покоя в большей степени, чем я сделал.

Выводы по данной конструкции усилителя

В этом усилителе применён качественный силовой трансформатор большой мощности. И качественный конденсатор, включённый на выходе усилителя. В качестве регулятора громкости использован потенциометр Alps. Однако, высокое качество выходного конденсатора и регулятора громкости никак не влияет на звук, так как звук «изначально испорчен» неправильным режимом работы выходного каскада, который имеет недостаточный ток покоя. Плохой отвод тепла от выходных транзисторов не позволяет заметно увеличить ток покоя и в полной мере реализовать возможности данной схемы.

И ещё важный факт: нет смысла повторять эту конструкцию в том виде, какой она была создана 55 лет назад. Усилитель Линсли Худа (John Linsley-Hood) можно значительно улучшить, используя современные компоненты, а также современные схемотехнические и конструкторские решения. Почему используется именно эта — самая первая и самая слабая схема усилителя? Мне кажется, что это чисто маркетинговый ход. Таким образом можно рекламировать «антикварное звучание допотопных усилителей».

И, повторюсь, я не знаю, почему этот усилитель вызвал так много положительных оценок качества звучания. Красивый. Добротный. Аккуратно сделан. Но звук ужасный. Типично китайское изделие.

Я предположил, что в этом усилителе использованы некачественные выходные транзисторы.
Так и оказалось!
В конце страницы приведена ссылка на результат замены выходных транзисторов.

Выводы по усилителю Линсли Худа (John Linsley-Hood) в принципе

Я уже писал, что эта схема своего рода курьёз. Цель разработки состояла в том, чтобы использовать на выходе мощные транзисторы типа n-p-n, потому что в то время хороших мощных кремниевых транзисторов типа p-n-p просто не существовало. И получить при этом простую и дешёвую схему.

Усилитель имеет ряд недостатков, главным из которых является неоднозначность установки и регулирования тока покоя и выходного напряжения (они взаимозависимы и изменяются одновременно). Результатом является плохая термостабильность усилителя. Кроме того, выходной каскад должен работать в режиме класса А, то есть требует хорошего охлаждения. И ещё схема очень несимметричная. Не только в плане амплитудной характеристики. И частотные и скоростные свойства верхнего и нижнего плеч выходного каскада усилителя сильно различаются.

Другие недостатки исходной схемы образца 1969 года:

• Однополярное питание требует наличия электролитического конденсатора в цепи сигнала, причём конденсатор установлен в таком месте, где его влияние на сигнал велико: Конденсаторы LowESR – свойства и применение.
• Входной каскад вносит довольно большие «транзисторные» нелинейные искажения.
• Выходной каскад очень чувствителен к коэффициенту передачи тока h21 выходных транзисторов. Чем этот коэффициент больше, тем лучше работает усилитель.

Однако во всех вариантах усилителя старательно используются «плохие» выходные транзисторы – такие, какие указаны в оригинальной схеме Линсли Худа (John Linsley-Hood). Почему? Возможно потому, что в 1969 году эти транзисторы были самыми лучшими. Но ведь сегодня нам доступны транзисторы более высокого качества! Следовательно, исходную схему можно значительно улучшить! Сам автор кроме основной статьи, опубликованной в 1969 году, в 1970 году опубликовал дополнение, а в 1996 году и в 2000 году улучшенную схему усилителя. У меня есть эти материалы, очень возможно я их переведу на русский и опубликую на сайте.

Я не отношусь серьёзно к усилителю Линсли Худа (John Linsley-Hood). Тем не менее, у меня к нему возник «спортивный интерес». И я включил в свои планы придумать, как можно эту схему усовершенствовать, используя возможности XXI века, чтобы получить от неё максимум качества. Я не возлагаю на эту схему каких-либо надежд. Мне просто интересно. Возможно ли как-то возродить эту в общем-то мёртвую схему, и какой зомби из неё при этом получится?!

Тем более что подобный опыт уже есть. В конце XX века Алексей Никитин (Alex Nikitin) на основе усилителя Линсли Худа (John Linsley-Hood) разработал ряд отличных усилителей для компании Creek Audio (модели 4240, 5250, А52, 4330). В этих усилителях использовались современные (а значит более качественные) компоненты и современные схемотехнические решения.

Так что вполне возможно, что я переделаю этот усилитель, оставив исходную идею Линсли Худа (John Linsley-Hood), но усилитель получится заметно лучше.

Я заменил в усилителе выходные транзисторы на заведомо качественные, и вот что получилось!

22.04.2023 — 20.07.2024