Black Knight: полный германиевый усилитель от S.A.Lab

Black Knight-1-1

Black Knight — интегральный УМ на германиевых транзисторах от S.A.Lab


Black Knight: усилители на германиевых транзисторах давно будоражат умы аудиофилов и меломанов, но ни один серьёзный производитель, ни в России, ни за рубежом, не отважился применить их в современной технике. Новейшая разработка лаборатории Алексея Сёмина – смелый и, на мой взгляд, очень перспективный эксперимент в этой области.

Каковы достоинства «доисторических» полупроводников, в чём трудности их применения и как они могут звучать в бескомпромиссно реализованном проекте – вот вопросы, на которые нам предстоит ответить.

Black Knight-2-1

Выход за флажки

Любительских проектов на германиевых транзисторах много, в объявлениях можно встретить и мелкосерийные изделия домашнего производства, но в 99% случаев это будет повторение схем из «Радио» 60-х годов. Собранные на низкочастотных транзисторах с малым напряжением питания, они с трудом выдают 20 Вт при искажениях более процента.

Причина не только в схемотехнике из раздела «для начинающих», но и в менталитете радиолюбителей, упорно пытающихся создать что-то путное из деталей, купленных на барахолке. Но даже в таком исполнении германиевые усилители находят массу приверженцев и вызывают бурные обсуждения в Сети.

Black Knight-3-1

Прежде, чем мы перейдём непосредственно к «Чёрному Рыцарю», давайте посмотрим, что из себя представляет Ge, 32-й элемент таблицы Менделеева и чем он отличается от кремния. Этим вопросом мы задавались ещё 15 лет назад, когда к германиевой теме только-только проявился интерес. Вот сравнительная таблица параметров и короткий комментарий автора статьи «Германий превыше всего», опубликованной нами в 2003 году.

Сравнительная таблица

Свойства Германий Кремний
Плотность, г/см³ 5,323 2,330
Атомный вес 72,60 28,08
Количество атомов в 1 см³ 4,421022 4,961022
Ширина запрещенной зоны, ЭВ 0,72 1,1
Диэлектрическая постоянная 16 12
Температура плавления, °С 937,2 1420
Теплопроводность, кал/см × сек × град 0,14 0,20
Подвижность электронов, см²/сек В 3800 1300
Подвижность дырок, см²/сек В 1800 500
Продолжительность жизни электрона, мксек 100 — 1000 50 — 500
Длина свободного пробега электрона, см 0,3 0,1
Длина свободного пробега дырки, см 0,02 — 0,07 0,02 — 0,06

«Из таблицы видно, что подвижность электронов и дырок, продолжительность жизни электронов, а также длина свободного пробега электронов и дырок значительно выше у германия, а ширина запрещенной зоны ниже, чем у кремния. Известно также, что падение напряжения на переходе p-n составляет 0,1 — 0,3 В, а на n-p — 0, 6 — 0,7 В, из чего можно сделать вывод, что германий является гораздо лучшим «проводником», чем кремний, а следовательно, и каскад усиления на Ge имеет значительно меньшие потери звуковой энергии, чем аналогичный на Si».

Black Knight-4-1

Вывод, конечно, не совсем научный, но вполне логичный. Падение на p-n переходе – параметр действительно важный: германиевый транзистор открывается (начинает пропускать ток) при гораздо меньшем напряжении между базой и эмиттером, благодаря чему т.н. переключательные искажения в двухтактных каскадах практически отсутствуют. В схемах на кремнии от них можно избавиться лишь переводом выходных транзисторов в класс «А» со всеми вытекающими сложностями и затратами.

Читайте также:  Фонарь аккумуляторный светодиодный мощный

Black Knight-5-1

Так почему же ни одна компания в наше время не выпускает усилители на германии? Есть несколько серьёзных проблем, затрудняющих массовое производство, но вполне преодолимых при мелкосерийном изготовлении в России.

На выходе — 50-ваттные 1Т813, по две штуки в плече при суммарном токе коллектора 1 А, что позволило получить в каждом канале по 50 Вт мощности при полосе 10 Гц – 200 кГц.

Прежде всего, это дефицит самих транзисторов. Зарубежные производители полупроводников начали активно переходить на кремний в 60-х годах, и сейчас добыть германиевые в необходимых количествах нереально. В отличие от электронных ламп, возобновить их выпуск никто не додумался. В СССР транзисторы серий П, ГТ и 1Т выпускались чуть ли не до середины 90-х, запасы их до сих велики, и стоят они недорого. Для своего проекта Алексею, например, удалось купить 2000 шт. мощных 1Т813, чтобы отбирать четвёрки для выходных каскадов.

Black Knight-6-1

Кроме того, низкие предельные напряжения входных транзисторов не позволяют разогнать сигнал до амплитуды, необходимой для получения приемлемой по современным меркам мощности на выходе. В Black Knight эта проблема решена за счёт каскодов – двухэтажных каскадов на МП39Б и МП20 с отдельным питанием каждого «этажа». Далее следует фазоинвертор на ГТ404/402, а затем – драйвер на достаточно высоковольтных П605.

Усиление по току обеспечивается 50-ваттными 1Т813, по две штуки в плече при суммарном токе коллектора 1 А, что позволило получить в каждом канале по 50 Вт мощности при полосе 10 Гц – 200 кГц. Искажения при 25 ваттах на 20 кГц не превышают 0,05%, причём в их спектре вторая гармоника по амплитуде больше третьей. На предельной мощности усилитель клиппирует очень мягко, почти как ламповый. Общей обратной связи в схеме нет.

Black Knight-7-1

Ещё одна проблема германиевых транзисторов – склонность к появлению сквозных токов при повышении температуры кристалла и, как следствие, пробой перехода. В Black Knight, помимо внушительных теплоотводов, имеется продвинутая система защиты, построенная на микроконтроллере Arduino. Она отслеживает температуру, наличие постоянного напряжения на выходе и ток выходных каскадов.

Black Knight-8-1

Усилитель построен по принципу «двойное моно» с полным разделением питающих, сигнальных и земельных цепей. В каждом канале собственный тороидальный трансформатор мощностью 360 Вт, выпрямитель и банк сглаживающих конденсаторов ёмкостью 80 000 мкФ в каждом плече, т.е. всего 320 000 мкФ. При 3200 мкФ на 1 Вт выходной мощности никакая стабилизация не нужна.

Black Knight-9-1

Black Knight-10-1

Усилитель построен по принципу «двойное моно» с полным разделением питающих, сигнальных и земельных цепей.

К усилителю можно подключить до пяти источников, и один из них – по балансной линии. Предусмотрен отдельный вход для подачи сигнала в обход регулятора громкости. Вся коммутация и регулировка громкости осуществляется с помощью реле. Акустические клеммы (а их четыре в каждом канале для bi-wiring) собственного производства, из чистого серебра.

В нашем варианте Black Knight вовсе не чёрный, а синий, точнее, Blue Tour De France. Красятся детали корпуса в сервис-центре Ferrari, поэтому под заказ возможны и другие цвета из фирменной палитры суперкаров. Цвет получился очень глубокий, его оттенки меняются в зависимости от освещения от голубого до бледно-фиолетового. Покраска одного комплекта панелей обходится в 200 евро.

Читайте также:  Видеопроекторы для дома

Black Knight-11-1

К настоящему моменту выпущено четыре пробных экземпляра «Чёрного Рыцаря», и самый первый из них – у нас в тесте.

Специально для испытаний усилителя в салон «Нота+» был привезён стационарный катушечник ATR102 со студийными фонограммами на полудюймовой ленте. Кроме того, звучание оценивалось и на более привычном музыкальном материале при подключении CD-проигрывателя Gryphon Scorpio. Акустика – двухполосные системы Blumenhofer Genium FS1 MK II с 16-дюймовыми басовиками и рупорным оформлением твитера.

Главное, что отличает Black Knight от подавляющего большинства традиционных усилителей – идеальное ранжирование виртуальных источников по размеру.

Мне и раньше доводилось слушать усилители на германии, включая и те, что описывались в вышеупомянутой статье. При массе положительных впечатлений неизбежно возникало ощущение нехватки мощности, а при попытке прибавить громкость заметно росли искажения и появлялась окраска в верхней середине.

Black Knight-12-1

В нашем случае этого и в помине нет – при мягкости и неутомительности звучания «Чёрный Рыцарь» способен передать колоссальные перепады уровня. Динамический диапазон студийной записи на широкой магнитной ленте поистине огромен, и он передавался совершенно адекватно. Но главное, что отличает Black Knight от подавляющего большинства хай-файных транзисторных усилителей – идеальное ранжирование виртуальных источников по величине.

Black Knight-13-1

Он не раздувает нюансы и не пытается поджать крупные звуковые образы. То же можно сказать о динамической шкале: соблюдается естественное соотношение между тихими и громкими звуками. Третий момент – комфортная передача верхнего диапазона, без вуали и потери разрешения. Спектральных составляющих здесь много, тарелки – как на реальной установке, звонкие, с прозрачным облаком обертонов. Слушая, невольно расслабляешься, настолько всё натурально, и жизнь остаётся в звучании даже на самых тихих фрагментах, у самого порога слышимости.

Black Knight-14-1

Синтетика не появилась и при подключении CD-проигрывателя. Поначалу в звуке не обнаруживаешь ничего особенного — всё очень сбалансированно, ровно и красиво, но со временем возникает какой-то личный контакт с музыкой, будто она играет именно для тебя, полностью завладевая вниманием. И отделаться от этой иллюзии не очень-то просто.

Black Knight-15-1

Black Knight-16-1

Ясностью и разрешением на малых уровнях Black Knight напоминает хороший ламповый усилитель или дорогой однотактник на MOSFETах, а энергетикой и способностью контролировать крупнокалиберные диффузоры может потягаться с транзисторной классикой. Лёгкость и свобода подкупают, чтобы начать слушать другую технику, нужен период адаптации. Серьёзный подход к реализации проекта позволил S.A.Lab довести звуковой потенциал германия до уровня High End Audio. Т.е. сделать то, что до сих пор не удавалось никому.

Black Knight-17-1

Black Knight-18-1

Система

  • Катушечный магнитофон ATR102 ½”
  • CD-проигрыватель Gryphon Scorpio
  • Акустические системы Blumenhofer Genium FS1 MK II
  • Кабели:
    • межблочные Cordial XLR
    • акустические Shinpy Logos
    • сетевые A.Lab Power

S.A.Lab Black Knight

Производитель: S.A.Lab (Россия) salaboratory.com

Технические характеристики

Тип усилителя: двухтактный, класса АВ
Выходная мощность: 2 х 50 Вт (4 Ом), 2 х 25 Вт (8 Ом)
Диапазон частот: 2 Гц – 200 кГц
Номинальная чувствительность: 300 мВ
Входное сопротивление: 47 кОм (RCA), 25 кОм (XLR)
Отношение сигнал/шум: -103 дБ
Уровень искажений: 0,05% (25 Вт, 4 Ома, 20 кГц)
Входы: XLR, 4 x RCA, bypass RCA
Максимальная потребляемая мощность: 460 ВА
Габариты (Ш х В х Г): 480 x 310 x 505 мм
Масса: 31 кг
Цена: 800 000 руб.