Lins förstärkare är den första praktiskt fungerande kretsen i en transformatorlös transistorljudeffektförstärkare ( UMZCH ). Utvecklad av Hong-Chan Lin (HC Lin) 1956, användes den massivt i seriell UMZCH på 1960-talet och första hälften av 1970-talet. I början av 1970-talet utvecklade designers den grundläggande Lin-kretsen till den så kallade modifierade Lin-förstärkaren , en trestegsförstärkare med ett differentiellt ingångssteg och ett komplementärt push-pull-utgångssteg . I alla varianter av Lin-förstärkaren är spänningsförstärkningen tilldelad en enkel bipolär transistor som arbetar i ett gemensamt emitterläge , medan en av kraftskenorna fungerar som referensnivån (" noll ") för detta steg.
Lins modifierade förstärkare, som faktiskt är en mycket linjär operationsförstärkare (op-amp), dominerade absolut kretsarna för diskreta och integrerade UMZCH och klassiska integrerade op-amps under det sista kvartalet av 1900-talet och början av 2000-talet [1 ] [2] . I kretsen för lågeffekts integrerad UMZCH används fortfarande varianter av den grundläggande Lin-kretsen [1] .
Transistoreffektförstärkare på 1950-talet byggdes enligt den symmetriska ( push-pull [komm. 1] ) push-pull-kretsen med två transformatorer (ingång och utgång) [3] [4] som ärvts från rörkretsar . Dessa förstärkare, som utvecklade en uteffekt av storleksordningen flera hundra mW , hade en hög verkningsgrad (vilket ledde till att de användes i bärbara radioapparater och hörapparater ) med oundvikligt höga icke-linjära distorsioner [3] . En hög nivå av omkopplingsdistorsion förutbestämdes genom drift i AB-läge med låga viloströmmar [3] . Det var praktiskt taget omöjligt att reducera den genom att täcka förstärkaren med en negativ återkopplingsslinga (NFB) på grund av frekvens- och fasförvrängningar i två seriekopplade transformatorer [3] [5] .
För att förstärkaren som täcks av återkoppling skulle vara stabil krävdes det att åtminstone en av de två transformatorerna uteslutits från kretsen [3] . Funktionerna impedansmatchning och fasdelning av styrsignalen, som i den klassiska kretsen utfördes av transformatorer, borde ha tilldelats transistorer [6] . En ytterligare svårighet var det begränsade utbudet av då uteslutande germaniumtransistorer : i lågströmskaskader kunde designers använda transistorer av både pnp- och npn-strukturer (ännu inte komplementära ), i kraftfulla sådana - endast pnp-transistorer [6] . Lösningen på problemet - den första praktiskt fungerande kretsen av en transformatorlös transistor UMZCH - hittades av RCA -utvecklaren Hong-Chan Lin och publicerades i septembernumret av Electronics magazine för 1956 [6] [1] .
I den klassiska författarversionen av Lin finns det bara två kaskader. All spänningsförstärkning är koncentrerad i det första steget på transistorn V1 (i UMZCH-kretsen kallad spänningsförstärkningssteget , KUHN). Lins slutsteg är en kvasi-komplementär push-pull emitterföljare , i vars överarm en sammansatt transistor på ett Darlington-par är påslagen , och i den nedre armen - en sammansatt transistor på ett Shiklai-par [7] . Termisk stabilisering av slutsteget är tilldelad termistorn RT. Förstärkaren täcks av tre återkopplingsslingor: spänningsförstärkningen på kondensatorn C3 stabiliserar driftläget V1, OOS-slingan R8C5 i kombination med signalkällans utresistans ställer in förstärkningen, delaren R1R2 stabiliserar spänningen i mittpunkten av emitterföljaren och deltar även i att ställa in förstärkningen [7] [8 ] . Med komponenterna specificerade av Lin kan förstärkaren leverera 6 watt uteffekt till en 16 ohm belastning [7] . Koefficienten för icke-linjär distorsion vid en frekvens på 400 Hz når 1% - för mycket enligt standarden för lamputrustning , men betydligt mindre än THD för push-pull transistorkretsar [7] .
BristerEnkel, elegant [1] och samtidigt genialisk [6] , Lins upplägg hade många brister.
För det första var utgångssteget anslutet till lasten genom en separerande elektrolytisk kondensator , vilket introducerade märkbara förvrängningar i den förstärkta signalen.[ hur? ][ varför? ] .
För det andra skulle ingångssteget vara anslutet till en signalkälla med en viss - inte stor, men inte liten - intern resistans , som faktiskt fungerade i strömgeneratorläget [3] .
Det första kan övervinnas genom att byta från en unipolär strömförsörjning till en bipolär, den andra - genom att ansluta ett extra matchningssteg till ingången på Lin-förstärkaren. Mycket allvarligare var problemet med termisk drift av slutsteget: det var på grund av det som massintroduktionen av Lin-förstärkaren började först i mitten av 1960-talet, när kiseltransistorer dök upp på marknaden [9] . Förstärkare byggda på denna nyaste elementbas var ganska pålitliga, ekonomiska, krävde ingen justering, men de var dissonanta. Asymmetrin hos Darlington- och Shiklai-paren, knappast märkbar i kaskader baserade på germaniumtransistorer, visade sig vara oacceptabelt stor med övergången till kiseltransistorer [10] . Designerna på 1960-talet, uppvuxna i rörkretsar , var varken redo eller kapabla att lösa problemet; den enklaste och bästa lösningen - användningen av komplementära utgångstransistorer - var ännu inte möjlig [11] - kraftfulla kiseltransistorer från dessa år fanns endast tillgängliga i npn-strukturen, kraftfulla kisel-pnp-transistorer dök upp först i början av 1970-talet, och komplementära (balanserade ) parar npn- och pnp-transistorer - även senare [12] .
Trots bristerna visade sig Lins plan vara extremt hållbar. Konsekventa steg-för-steg-förbättringar av dess noder och kopplingar mellan dem fortsatte i årtionden. I början av 1970-talet muterades kretsen till en modifierad Lin-förstärkare , som absolut dominerade UMZCH-kretsen under det sista kvartalet av 1900-talet, och sedan genomgick denna krets många stora och små förbättringar. Huvudorsaken till framgången för kretsen ligger i den direkta anslutningen av spänningsförstärkningssteget och utgångssteget. Lin-förstärkaren omvandlas lätt till en fullfjädrad DC-förstärkare (UCT) - för detta räcker det att eliminera utgångsavkopplingskondensatorn och komplettera kretsen med ett ingångsdifferenssteg [13] . Lågresistansanslutningen av baserna och emitterna på utgångstransistorerna garanterar en skonsam drift även med betydande backkollektorströmmar (vilket var kritiskt för imperfekta transistorer på 1960- och 1970-talen), de övre och nedre effekttransistorerna är växelvis säkert låsta. Ingen av dessa fördelar, i och för sig, är unika för Lins schema, men Lin var den första att sammanföra dem till en enkel, massproducerbar och ytterligare förbättringsdesign [14] .
En rad förbättringar av grundkretsen började senast 1961, då brittiska Toby och Dinsdale publicerade sin egen version av Lin-förstärkaren. I denna trestegsversion kompletterades kretsen med ett ingångssteg som matchade KUHN:s låga ingångsresistans med signalkällans utgångsresistans, och termistorn , som reglerade utgångstransistorernas viloström, ersattes med en germaniumdiod [ 1] . I slutet av 1960-talet blev kiseldiodsensorer standardutrustning för UMZCH [8] , och ungefär samtidigt dök de första transistorsensorerna upp - bas-emitterspänningsmultiplikatorer [16] . I slutet av 1970-talet ersatte transistorsensorer dioder [16] .
I början av 1970-talet behärskade UMZCH-designers användningen av transistoriserade stabila strömgeneratorer (GSTs), som tidigare endast hade använts i analoga integrerade kretsar [8] . Att ersätta KUHN-lastmotstånden (R3, R4 i Lin-kretsen) med en aktiv GTS gjorde det möjligt att minska KUHN:s driftsström (i Lin-kretsen var den tvingad hög), för att öka dess förstärkning till ett praktiskt maximum (i på 1970-talet var det ungefär 1000 ... 3000 [17 ] ) och vägra spänningsökningen. Uteslutningen av spänningsförstärkningskondensatorn C3 eliminerade en potentiell distorsionskälla och förde kretsen närmare det ideala - en DC-förstärkare [8] .
Ungefär samtidigt, när kostnaden för strömförsörjningskomponenter blev billigare, skedde en övergång från unipolär UMZCH-ström till bipolär - med undantag för den separerande kondensatorn C4 från kretsen, förvandlades den till en fullfjädrad UPT [8] . I den nya konfigurationen sammanföll den villkorliga "noll" (emitterpotential) för KUHN-ingångskretsen inte längre med den gemensamma ledningen - nu var den bunden till strömbussen (vanligtvis negativ) utsatt för alla typer av störningar [8] . Uppgiften att matcha referensnivåer och filtrera brus i praktiken visade sig vara enkel: först löstes det med hjälp av ett ingångssteg på en enda transistor, och i början av 1960- och 1970-talen använde designers först ett differentiellt ingångssteg [8 ] . Av en märklig slump användes inte differentialsteget, som hade använts i rördatorer och industriell automation sedan 1940-talet, av designers av ljudutrustning förrän i mitten av 1960-talet, när RCA -ingenjörer populariserade dess användning i kretsar med de senaste kiseltransistorerna [ 18] . Differentialkaskadens överlägsenhet över kretsarna som föregick den var så stor att den redan under första hälften av 1970-talet ersatte dem och blev en oumbärlig, obestridd komponent i transistorn UMZCH [18] .
Parallellt letade designers - fortfarande bundna av behovet av att använda transistorer med samma polaritet - efter sätt att linjärisera det naturligt icke-linjära, asymmetriska slutsteget i Lin-kretsen [19] . Asymmetri skulle kunna minimeras genom att använda komplementära par av högeffekttransistorer. De första praktiska kretsarna på sådana par utvecklades 1967-1968 av Bart Locanty och Arthur Bailey , men pnp-transistorerna som krävdes för dem var fortfarande dyra och opålitliga. Designerna tvingades fortsätta att förbättra kretsen, som endast använde npn-transistorer. 1969 föddes tre alternativa kretsar, där asymmetrin hos Darlington- och Shiklai-paren delvis kompenserades av en diod som lades till Shiklai-paret; samma år började produktionen av förstärkare baserade på "triples Quad" - trestegs komposittransistorer [19] .
Dessa halvmått kunde inte helt undertrycka distorsionerna som genererade "transistorljudet" - en radikal lösning, som i princip utesluter uppkomsten av switchade distorsioner , var överföringen av slutsteget till rent läge A. Det brittiska företaget Sugden och många hem tillverkade amatörer följde denna väg, men för massproduktion var transistorförstärkare i läge A oöverkomligt dyra [20] . Snart bemästrade industrin produktionen av billiga och pålitliga kisel-pnp-transistorer, helt kompletterande slutsteg kom i praktiken och problemet med slutstegsasymmetri var ett minne blott. Så senast 1972 fanns det ett blockschema över en trestegsmodifierad Lin-förstärkare [21] .
Med tillkomsten av komplementära par av transistorer, senast 1980, i den tyska läroboken av Tietze och Schenck (5:e upplagan, den ryska översättningen av boken publicerades 1982), publicerades en krets i vilken, för att öka ingångsresistansen av en komplementär emitterföljare, dioder som ställer in förspänningen, ersatta av ett lågeffektspar av komplementära emitterföljare [22] . Det är dock uppenbart att en sådan krets dök upp senast i mitten av 1970-talet - en av författarna till amatördesigner, A. Ageev [23] [24] hänvisar till publiceringen av kretsen för den så kallade linjära "parallellen "förstärkare .
Tillkomsten av komplementära par av transistorer har förenklat det experimentella arbetet för hemmagjorda hobbyister , särskilt i UMZCH-designtekniken. Således, i ett antal kretsar, löstes problemet med VCO-asymmetri genom att använda en symmetrisk tvåtransistorkaskad på ett komplementärt par transistorer [25] [26] . Komplementära transistorer användes också i ingångssteget, före KUHN [25] .