A Lin erősítője a transzformátor nélküli tranzisztoros audio teljesítményerősítő (UMZCH) első gyakorlatilag működő áramköre. A Hong-Chan Lin (HC Lin) által 1956-ban kifejlesztett eszközt tömegesen használták az 1960-as évek és az 1970-es évek első felében a soros UMZCH-ban. Az 1970-es évek elején a tervezők az alap Lin áramkört úgynevezett módosított Lin erősítővé fejlesztették ki , amely egy háromfokozatú erősítő differenciális bemeneti fokozattal és egy kiegészítő push-pull kimeneti fokozattal . A Lin erősítő minden változatában a feszültségerősítés egyetlen bipoláris tranzisztorhoz van hozzárendelve, amely közös emitteres üzemmódban működik , míg az egyik tápsín ennek a fokozatnak a referencia („ nulla ”) szintjeként szolgál.
Lin módosított erősítője, amely valójában egy erősen lineáris műveleti erősítő (op-amp), abszolút uralta a diszkrét és integrált UMZCH és a klasszikus integrált műveleti erősítők áramkörét a 20. század utolsó negyedében és a 21. század elején [1 ] [2] . A kis teljesítményű integrált UMZCH áramköreiben továbbra is az alap Lin áramkör változatait használják [1] .
Az 1950-es évek tranzisztoros teljesítményerősítői a szimmetrikus ( push-pull [comm. 1] ) push-pull áramkör szerint épültek, két transzformátorral (bemenet és kimenet) [3] [4] csőáramkörből örököltek . Ezek az erősítők, amelyek több száz mW -os kimenő teljesítményt fejlesztettek ki , nagy hatásfokkal rendelkeztek (ami hordozható rádiókban és hallókészülékekben való alkalmazásukhoz vezetett ) elkerülhetetlenül nagy nemlineáris torzítással [3] . A kapcsolási torzítás magas szintjét előre meghatározta az AB üzemmód alacsony nyugalmi áram mellett [3] . Gyakorlatilag lehetetlen volt csökkenteni az erősítő negatív visszacsatoló hurokkal (NFB) való letakarásával két sorba kapcsolt transzformátor frekvencia- és fázistorzulása miatt [3] [5] .
Ahhoz, hogy a visszacsatolással lefedett erősítő stabil legyen, a két transzformátor közül legalább az egyiket ki kellett zárni az áramkörből [3] . A tranzisztorokhoz kellett volna rendelni az impedanciaillesztés és a vezérlőjel fázisfelosztásának funkcióit, amelyeket a klasszikus áramkörben transzformátorok láttak el [6] . További nehézséget jelentett az akkori, kizárólag germánium tranzisztorok korlátozott választéka: gyengeáramú kaszkádokban a tervezők pnp- és npn-struktúrájú (még nem komplementer ) tranzisztorokat is használhattak, a nagy teljesítményűeknél pedig csak pnp-tranzisztorokat [6] . A probléma megoldását - az UMZCH transzformátor nélküli tranzisztor első, gyakorlatilag működőképes áramkörét - az RCA fejlesztője, Hong-Chan Lin találta meg, és az Electronics magazin 1956. szeptemberi számában tette közzé [6] [1] .
A Lin klasszikus szerzői változatában csak két kaszkád található. Minden feszültségerősítés az első fokozatban a V1 tranzisztoron összpontosul (az UMZCH áramkörben, amelyet feszültségerősítési fokozatnak , KUHN-nek neveznek). A Lin végfokozata egy kvázi komplementer push-pull emitter követő , amelynek felső karjában egy kompozit tranzisztor van bekapcsolva egy Darlington páron , az alsó karban pedig egy kompozit tranzisztor egy Shiklai páron [7] . A végfok termikus stabilizálása az RT termisztorhoz van hozzárendelve. Az erősítőt három visszacsatoló hurok fedi: a C3 kondenzátor feszültségnövelése stabilizálja a V1 üzemmódot, az R8C5 OOS hurok a jelforrás kimeneti ellenállásával kombinálva állítja be az erősítést, az R1R2 osztó stabilizálja a felezőpont feszültségét. az emitter követőjét, és részt vesz az erősítés beállításában is [7] [8 ] . A Lin által meghatározott komponensekkel az erősítő 6 watt kimeneti teljesítményt képes leadni 16 ohmos terhelés mellett [7] . A nemlineáris torzítási együttható 400 Hz-es frekvencián eléri az 1%-ot - a lámpaberendezések szabványai szerint túl sok , de lényegesen kevesebb, mint a push-pull tranzisztoros áramkörök THD-je [7] .
HibákAz egyszerű, elegáns [1] és egyben zseniális [6] Lin sémájának számos hiányossága volt. Először is, a kimeneti fokozatot egy elválasztó elektrolit kondenzátoron
keresztül csatlakoztatták a terheléshez , amely észrevehető torzításokat vezetett be az erősített jelbe.[ hogyan? ][ miért? ] . Másodszor, a bemeneti fokozatot egy bizonyos - nem nagy, de nem is kicsi - belső ellenállású
jelforráshoz kellett volna kötni , amely ténylegesen az aktuális generátor üzemmódban működött [3] .
Az elsőt egy unipoláris tápról bipolárisra váltva, a másodikat pedig egy további illesztőfokozat csatlakoztatásával a Lin erősítő bemenetére lehet leküzdeni. Sokkal súlyosabb volt a végfok termikus sodródásának problémája: ennek köszönhető, hogy a Lin erősítő tömeges bevezetése csak az 1960-as évek közepén kezdődött, amikor a szilícium tranzisztorok megjelentek a piacon [9] . A legújabb elemes alapra épített erősítők meglehetősen megbízhatóak, gazdaságosak, nem igényeltek beállítást, de disszonánsak voltak. A Darlington és Shiklai párok germánium tranzisztorokon alapuló kaszkádokban alig észrevehető aszimmetriája elfogadhatatlanul nagynak bizonyult a szilícium tranzisztorokra való átállással [10] . Az 1960-as évek csőáramkörben nevelkedett tervezői nem voltak sem készek, sem nem tudták megoldani a problémát; a legegyszerűbb és legjobb megoldás - komplementer kimeneti tranzisztorok alkalmazása - még nem volt lehetséges [11] - az akkori nagy teljesítményű szilícium tranzisztorok csak npn szerkezetben voltak elérhetőek, az erős szilícium pnp tranzisztorok csak az 1970-es évek elején jelentek meg, komplementer (kiegyensúlyozott) ) npn- és pnp-tranzisztorokat párosít - még később [12] .
A hiányosságok ellenére Lin séma rendkívül tartósnak bizonyult. A csomópontok és a köztük lévő kapcsolatok következetes, lépésről lépésre történő fejlesztése évtizedeken át folytatódott. Az 1970-es évek elején az áramkör egy módosított Lin-erősítővé mutálódott , amely abszolút uralta a 20. század utolsó negyedének UMZCH áramkörét, majd ez az áramkör sok kisebb-nagyobb fejlesztésen esett át. Az áramkör sikerének fő oka a feszültségerősítő fokozat és a kimeneti fokozat közvetlen összekapcsolásában rejlik. A Lin erősítő könnyen átalakítható teljes értékű egyenáramú erősítővé (UCT) - ehhez elegendő a kimeneti leválasztó kondenzátor eltávolítása és az áramkör kiegészítése egy bemeneti differenciálfokozattal [13] . A kimeneti tranzisztorok alapjainak és emittereinek kis ellenállású csatlakozása jelentős fordított kollektoráram mellett is kíméletes működést garantál (ami kritikus volt az 1960-as és 1970-es évek tökéletlen tranzisztorjainál), a felső és alsó teljesítménytranzisztorok felváltva biztonságosan záródnak. Önmagukban ezen előnyök egyike sem egyedi Lin sémájára, de Lin volt az első, aki ezeket egy egyszerű, tömegesen gyártható és továbbfejleszthető tervvé egyesítette [14] .
Az alapáramkör fejlesztéseinek sorozata legkésőbb 1961-ben kezdődött, amikor a brit Toby és Dinsdale kiadta saját verzióját a Lin erősítőről. Ebben a háromfokozatú változatban az áramkört egy bemeneti fokozat egészítette ki, amely a KUHN alacsony bemeneti ellenállását a jelforrás kimeneti ellenállásához igazította, és a kimeneti tranzisztorok nyugalmi áramát szabályozó termisztort helyettesítették germánium dióda [1] . Az 1960-as évek végén a szilíciumdióda érzékelők az UMZCH alapfelszereltségévé váltak [8] , és nagyjából ugyanekkor jelentek meg az első tranzisztoros érzékelők - a bázis-emitter feszültségszorzók [16] . Az 1970-es évek végére a tranzisztoros érzékelők váltották fel a diódákat [16] .
Az 1970-es évek elején az UMZCH tervezői elsajátították a tranzisztorizált stabil áramgenerátorok (GST) használatát, amelyeket korábban csak analóg integrált áramkörökben használtak [8] . A KUHN terhelő ellenállások (R3, R4 a Lin áramkörben) aktív GTS-re cseréje lehetővé tette a KUHN üzemi áramának csökkentését (a Lin áramkörben kényszeresen magas volt), erősítését gyakorlati maximumra növelve (in az 1970-es években körülbelül 1000 ... 3000 volt [17 ] ), és megtagadják a feszültségnövelést. A C3 feszültségnövelő kondenzátor kizárása megszüntette a potenciális torzítási forrást, és közelebb hozta az áramkört az ideálishoz - egy egyenáramú erősítőhöz [8] .
Körülbelül ezzel egyidőben, ahogy a tápegység komponenseinek költsége olcsóbbá vált, az unipoláris UMZCH tápról a bipolárisra való átállás történt - a C4 leválasztókondenzátor kizárásával az áramkörből teljes értékű UPT-vé alakult [8] . Az új konfigurációban a KUHN bemeneti áramkör feltételes „nulla” (emitter potenciálja) már nem esett egybe a közös vezetékkel – most mindenféle interferenciának kitett tápbusszal (általában negatívan) kötötték [8] . A referenciaszintek egyeztetésének és a zajszűrésnek a feladata a gyakorlatban egyszerűnek bizonyult: eleinte egyetlen tranzisztoron lévő bemeneti fokozattal oldották meg, majd az 1960-as és 1970-es évek fordulóján a tervezők először differenciális bemeneti fokozatot alkalmaztak [8 ] . Furcsa egybeesés folytán a csőszámítógépekben és az ipari automatizálásban az 1940-es évek óta használt differenciálfokozatot csak a hatvanas évek közepéig használták az audioberendezések tervezői, amikor is az RCA mérnökei népszerűsítették a használatát a legújabb szilícium tranzisztorokat használó áramkörökben . 18] . A differenciálkaszkád túlsúlya az azt megelőző áramkörökhöz képest olyan nagy volt, hogy már a hetvenes évek első felében kiszorította őket, és az UMZCH tranzisztor nélkülözhetetlen, vitathatatlan alkotóelemévé vált [18] .
Ezzel párhuzamosan a tervezők – még mindig az azonos polaritású tranzisztorok használatának igénye miatt – a Lin áramkör természetesen nemlineáris, aszimmetrikus kimeneti fokozatának linearizálásának módjait keresték [19] . Az aszimmetria minimálisra csökkenthető nagy teljesítményű tranzisztorok komplementer párjainak használatával. Az első gyakorlati áramköröket ilyen párokon 1967-1968-ban fejlesztette ki Bart Locanty és Arthur Bailey , de a hozzájuk szükséges pnp tranzisztorok még mindig drágák és megbízhatatlanok voltak. A tervezők kénytelenek voltak tovább javítani az áramkört, amely csak npn tranzisztorokat használt. 1969-ben három alternatív áramkör született, amelyekben a Darlington és Shiklai párok aszimmetriáját részben kompenzálták a Shiklai párhoz hozzáadott diódával; ugyanebben az évben megkezdődött a „triples Quad” alapú erősítők gyártása - háromlépcsős kompozit tranzisztorok [19] .
Ezek a félintézkedések nem tudták teljesen elnyomni a „tranzisztorhangot” generáló torzításokat – radikális megoldás volt, elvileg kizárva a kapcsolási torzítások megjelenését , a végfok áthelyezése tiszta A módba. A brit Sugden cég és számos otthon A gyártmányú amatőrök ezt az utat követték, de a tömeggyártáshoz az A módú tranzisztoros erősítők megfizethetetlenül drágák voltak [20] . Hamarosan az ipar elsajátította az olcsó és megbízható szilícium pnp tranzisztorok gyártását, a gyakorlatban megjelentek a teljesen egymást kiegészítő kimeneti fokozatok, és a végfok aszimmetriájának problémája a múlté. Így legkésőbb 1972-ben elkészült egy háromfokozatú módosított Lin erősítő blokkvázlata [21] .
A komplementer tranzisztorpárok megjelenésével, legkésőbb 1980-ban Tietze és Schenck német tankönyvében (5. kiadás, a könyv orosz fordítása 1982-ben jelent meg), megjelent egy áramkör, amelyben a bemeneti ellenállás növelése érdekében egy komplementer emitterkövető, az előfeszítési feszültséget beállító diódák, amelyeket egy kis teljesítményű komplementer emitterkövető pár helyettesít [22] . Nyilvánvaló azonban, hogy egy ilyen áramkör legkésőbb az 1970-es évek közepén jelent meg - az amatőr tervek egyik szerzője, A. Ageev [23] [24] utal az úgynevezett lineáris "párhuzamos" áramkörének közzétételére. " erősítő .
A komplementer tranzisztorpárok megjelenése leegyszerűsítette a házi készítésű amatőrök kísérleti munkáját , különösen az UMZCH tervezési technikában. Így számos áramkörben a VCO aszimmetria problémáját úgy oldották meg, hogy szimmetrikus kéttranzisztoros kaszkádot alkalmaztak egy komplementer tranzisztorpáron [25] [26] . A KUHN előtt a bemeneti fokozatban komplementer tranzisztorokat is használtak [25] .