Lins forstærker er det første praktisk anvendelige kredsløb af en transformerløs transistor audio effektforstærker (UMZCH). Udviklet af Hong-Chan Lin (HC Lin) i 1956, blev det massivt brugt i seriel UMZCH i 1960'erne og første halvdel af 1970'erne. I begyndelsen af 1970'erne udviklede designere det grundlæggende Lin-kredsløb til den såkaldte modificerede Lin-forstærker , en tre-trins forstærker med et differentielt input-trin og et komplementært push-pull-udgangstrin . I alle varianter af Lin-forstærkeren er spændingsforstærkningen tildelt en enkelt bipolær transistor , der fungerer i en fælles emittertilstand , mens en af strømskinnerne fungerer som referenceniveauet (" nul ") for dette trin.
Lins modificerede forstærker, som faktisk er en meget lineær operationsforstærker (op-amp), dominerede absolut kredsløbet af diskrete og integrerede UMZCH og klassiske integrerede op-amps i den sidste fjerdedel af det 20. århundrede og begyndelsen af det 21. århundrede [1 ] [2] . I kredsløbet af lav-effekt integreret UMZCH bruges varianter af det grundlæggende Lin-kredsløb stadig [1] .
Transistor effektforstærkere fra 1950'erne blev bygget i henhold til det symmetriske ( push-pull [komm. 1] ) push-pull kredsløb med to transformatorer (indgang og udgang) [3] [4] arvet fra rørkredsløb . Disse forstærkere, som udviklede en udgangseffekt i størrelsesordenen flere hundrede mW , havde en høj effektivitet (hvilket førte til deres brug i bærbare radioer og høreapparater ) med uundgåeligt høje ikke-lineære forvrængninger [3] . Et højt niveau af koblingsforvrængning blev forudbestemt ved drift i AB-tilstand med lave hvilestrømme [3] . Det var praktisk talt umuligt at reducere den ved at dække forstærkeren med en negativ tilbagekoblingssløjfe (NFB) på grund af frekvens- og faseforvrængninger i to serieforbundne transformere [3] [5] .
For at den forstærker, der er dækket af feedback, skulle være stabil , var det nødvendigt at udelukke mindst en af de to transformere fra kredsløbet [3] . Funktionerne impedanstilpasning og faseopdeling af styresignalet, som i det klassiske kredsløb blev udført af transformere, skulle have været tildelt transistorer [6] . En yderligere vanskelighed var det begrænsede udvalg af dengang udelukkende germanium -transistorer: i lavstrømskaskader kunne designere bruge transistorer med både pnp- og npn-strukturer (endnu ikke komplementære ), i kraftige - kun pnp-transistorer [6] . Løsningen på problemet - det første praktisk anvendelige kredsløb af en transformerløs transistor UMZCH - blev fundet af RCA -udvikleren Hong-Chan Lin og offentliggjort i septemberudgaven af Electronics magazine for 1956 [6] [1] .
I den klassiske forfatterudgave af Lin er der kun to kaskader. Al spændingsforstærkning er koncentreret i det første trin på transistoren V1 (i UMZCH-kredsløbet kaldet spændingsforstærkningstrinnet , KUHN). Lins udgangstrin er en kvasi-komplementær push-pull emitterfølger , i hvis overarm en sammensat transistor på et Darlington-par er tændt , og i den nederste arm - en sammensat transistor på et Shiklai-par [7] . Termisk stabilisering af udgangstrinnet er tildelt termistoren RT. Forstærkeren er dækket af tre tilbagekoblingssløjfer: Spændingsforstærkningen på kondensatoren C3 stabiliserer driftstilstanden V1, OOS-løkken R8C5 i kombination med signalkildens udgangsmodstand indstiller forstærkningen, deleren R1R2 stabiliserer spændingen i midtpunktet af emitterfølgeren og deltager også i indstilling af forstærkningen [7] [8 ] . Med komponenterne specificeret af Lin er forstærkeren i stand til at levere 6 watt udgangseffekt til en 16 ohm belastning [7] . Koefficienten for ikke-lineær forvrængning ved en frekvens på 400 Hz når 1% - for meget ifølge standarderne for lampeudstyr , men væsentligt mindre end THD for push-pull transistorkredsløb [7] .
FejlEnkel, elegant [1] og samtidig genial [6] , Lins plan havde mange mangler.
For det første blev udgangstrinnet forbundet med belastningen gennem en adskillende elektrolytisk kondensator , som introducerede mærkbare forvrængninger i det forstærkede signal.[ hvordan? ][ hvorfor? ] .
For det andet skulle indgangstrinnet være forbundet med en signalkilde med en vis - ikke stor, men ikke lille - intern modstand , som faktisk fungerede i strømgeneratortilstanden [3] .
Den første kunne overvindes ved at skifte fra en unipolær strømforsyning til en bipolær, den anden - ved at tilslutte et ekstra matchende trin til indgangen på Lin-forstærkeren. Meget mere alvorligt var problemet med termisk drift af udgangstrinnet: det var på grund af det, at masseintroduktionen af Lin-forstærkeren først begyndte i midten af 1960'erne, da siliciumtransistorer dukkede op på markedet [9] . Forstærkere bygget på denne nyeste elementbase var ret pålidelige, økonomiske, krævede ikke justering, men de var dissonante. Asymmetrien af Darlington- og Shiklai-parrene, der næppe kunne mærkes i kaskader baseret på germaniumtransistorer, viste sig at være uacceptabelt stor med overgangen til siliciumtransistorer [10] . Designerne fra 1960'erne, opvokset i rørkredsløb , var hverken klar til eller i stand til at løse problemet; den enkleste og bedste løsning - brugen af komplementære udgangstransistorer - var endnu ikke mulig [11] - kraftige siliciumtransistorer fra disse år var kun tilgængelige i npn-strukturen, kraftfulde silicium-pnp-transistorer dukkede først op i begyndelsen af 1970'erne, og komplementære (afbalanceret ) parrer npn- og pnp-transistorer - endnu senere [12] .
På trods af manglerne viste Lins plan sig at være ekstremt holdbar. Konsekvente, trinvise forbedringer af dets noder og forbindelser mellem dem fortsatte i årtier. I begyndelsen af 1970'erne muterede kredsløbet til en modificeret Lin-forstærker , som absolut dominerede UMZCH-kredsløbet i den sidste fjerdedel af det 20. århundrede, og derefter gennemgik dette kredsløb mange store og små forbedringer. Hovedårsagen til kredsløbets succes ligger i den direkte forbindelse mellem spændingsforstærkningstrinnet og udgangstrinnet. Lin-forstærkeren omdannes let til en fuldgyldig DC-forstærker (UCT) - til dette er det nok at eliminere udgangsafkoblingskondensatoren og supplere kredsløbet med et input-differentialtrin [13] . Tilslutningen med lav modstand af udgangstransistorernes baser og emittere garanterer en skånsom drift selv med betydelige omvendte kollektorstrømme (som var kritisk for ufuldkomne transistorer i 1960'erne og 1970'erne), de øvre og nedre effekttransistorer er skiftevis sikkert låst. Ingen af disse fordele er i sig selv unikke for Lins plan, men Lin var den første til at samle dem til et simpelt, masseproducerbart og yderligere forbedringsdesign [14] .
En række forbedringer af grundkredsløbet begyndte senest i 1961, da briterne Toby og Dinsdale udgav deres egen version af Lin-forstærkeren. I denne tre-trins version blev kredsløbet suppleret med et indgangstrin, der matchede KUHN'ens lave indgangsmodstand med signalkildens udgangsmodstand, og termistoren , som regulerede udgangstransistorernes hvilestrøm, blev erstattet af en germanium diode [1] . I slutningen af 1960'erne blev siliciumdiodesensorer standardudstyr for UMZCH [8] , og omkring samme tid dukkede de første transistorsensorer op - base-emitter spændingsmultiplikatorer [16] . I slutningen af 1970'erne erstattede transistorsensorer dioderne [16] .
I begyndelsen af 1970'erne mestrede UMZCH-designere brugen af transistoriserede stabile strømgeneratorer (GST'er), som tidligere kun var blevet brugt i analoge integrerede kredsløb [8] . Udskiftning af KUHN-belastningsmodstandene (R3, R4 i Lin-kredsløbet) med en aktiv GTS gjorde det muligt at reducere driftsstrømmen af KUHN (i Lin-kredsløbet var den tvunget høj), for at øge dens forstærkning til et praktisk maksimum (i 1970'erne, var det cirka 1000 ... 3000 [17 ] ) og nægtede spændingsforøgelsen. Udelukkelsen af spændingsforstærkningskondensatoren C3 eliminerede en potentiel kilde til forvrængning og bragte kredsløbet tættere på det ideelle - en DC-forstærker [8] .
Omtrent samtidig, da prisen på strømforsyningskomponenter blev billigere, skete der en overgang fra unipolær UMZCH-strøm til bipolær - med udelukkelse af den adskillende kondensator C4 fra kredsløbet blev det til en fuldgyldig UPT [8] . I den nye konfiguration faldt det betingede "nul" (emitterpotentiale) af KUHN-indgangskredsløbet ikke længere sammen med den fælles ledning - nu var den bundet til strømbussen (normalt negativ) udsat for alle former for interferens [8] . Opgaven med at matche referenceniveauer og filtrere støj i praksis viste sig at være enkel: Først blev det løst ved hjælp af et input-trin på en enkelt transistor, og i slutningen af 1960'erne og 1970'erne brugte designere først et differentielt input-trin [8 ] . Ved et mærkeligt tilfælde blev differentialtrinet, som havde været brugt i rørcomputere og industriel automatisering siden 1940'erne, ikke brugt af lydudstyrsdesignere før midten af 1960'erne, hvor RCA -ingeniører populariserede dets brug i kredsløb med de nyeste siliciumtransistorer [ 18] . Differentialkaskadens overlegenhed over de kredsløb, der gik forud for den, var så stor, at den allerede i første halvdel af 1970'erne fortrængte dem og blev en uundværlig, ubestridt komponent i transistoren UMZCH [18] .
Parallelt hermed ledte designere - stadig bundet af behovet for at bruge transistorer af samme polaritet - efter måder at linearisere det naturligt ikke-lineære, asymmetriske udgangstrin i Lin-kredsløbet [19] . Asymmetri kunne minimeres ved at bruge komplementære par højeffekttransistorer. De første praktiske kredsløb på sådanne par blev udviklet i 1967-1968 af Bart Locanty og Arthur Bailey , men de pnp-transistorer, der krævedes til dem, var stadig dyre og upålidelige. Designerne blev tvunget til at fortsætte med at forbedre kredsløbet, som kun brugte npn-transistorer. I 1969 blev tre alternative kredsløb født, hvor asymmetrien af Darlington- og Shiklai-parrene blev delvist kompenseret af en diode tilføjet til Shiklai-parret; samme år begyndte produktionen af forstærkere baseret på "triples Quad" - tre-trins komposittransistorer [19] .
Disse halve foranstaltninger kunne ikke fuldstændigt undertrykke de forvrængninger, der genererede "transistorlyden" - en radikal løsning, som i princippet udelukker forekomsten af skiftende forvrængninger , var overførslen af udgangstrinnet til ren tilstand A. Det britiske firma Sugden og talrige hjem -lavede amatører fulgte denne vej, men til masseproduktion var transistorforstærkere i mode A uoverkommeligt dyre [20] . Snart mestrede industrien produktionen af billige og pålidelige silicium-pnp-transistorer, fuldt komplementære udgangstrin kom i praksis, og problemet med asymmetri i udgangstrin var fortid. Så senest i 1972 var der et blokdiagram over en tre-trins modificeret Lin-forstærker [21] .
Med fremkomsten af komplementære transistorpar, senest i 1980, i den tyske lærebog af Tietze og Schenck (5. udgave, den russiske oversættelse af bogen blev udgivet i 1982), blev der udgivet et kredsløb, hvori for at øge indgangsmodstanden af en komplementær emitterfølger, dioder, der indstiller biasspændingen, erstattet af et laveffektpar af komplementære emitterfølgere [22] . Det er dog indlysende, at et sådant kredsløb dukkede op senest i midten af 1970'erne - en af forfatterne til amatørdesign, A. Ageev [23] [24] henviser til offentliggørelsen af kredsløbet af den såkaldte lineære "parallel" . "forstærker .
Fremkomsten af komplementære par transistorer har forenklet det eksperimentelle arbejde af hjemmelavede hobbyister , især i UMZCH-designteknikken. I en række kredsløb blev problemet med VCO-asymmetrien således løst ved at bruge en symmetrisk to-transistor-kaskade på et komplementært par transistorer [25] [26] . Komplementære transistorer blev også brugt i indgangstrinnet, før KUHN [25] .