Ламповый усилитель низких частот
Усилитель звуковых частот обычно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности (УМ). Предварительный усилитель предназначен для повышения напряжения и доведения его до величины, нужной для работы оконечного усилителя мощности, зачастую включает в себя регуляторы громкости, тембра или эквалайзер , иногда может быть конструктивно выполнен как отдельное устройство. Усилитель мощности должен отдавать в цепь нагрузки (потребителя) заданную мощность электрических колебаний. Его нагрузкой могут являться излучатели звука: акустические системы (колонки), наушники (головные телефоны); радиотрансляционная сеть или модулятор радиопередатчика . Усилитель низких частот является неотъемлемой частью всей звуковоспроизводящей, звукозаписывающей и радиотранслирующей аппаратуры.
Усилитель мощности отдельным блоком
Предварительный усилитель Technics
Углы отсечки полуволны сигнала в различных режимах
По типу обработки входного сигнала и схеме построения выходного каскада усилителя :
ИМС для применения в усилителях мощности
По типу применения в конструкции усилителя активных элементов :
Трансформаторное согласование с нагрузкой
По виду согласования выходного каскада усилителя с нагрузкой :
Wikimedia Foundation . 2010 .
усилитель низкой частоты - УНЧ Усилитель, предназначенный для усиления сигналов звуковых частот; в радиоприемнике УНЧ включается после детектора. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева.… …
усилитель низкой частоты - žemadažnis stiprintuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. low frequency amplifier vok. Niederfrequenzverstärker, m rus. усилитель низкой частоты, m pranc. amplificateur à basse fréquence, m … Automatikos terminų žodynas
усилитель звуковой частоты - Ндп. усилитель низкой частоты Электронный усилитель сигналов звуковой частоты. [ГОСТ 24375 80] Недопустимые, нерекомендуемые усилитель низкой частоты Тематики радиосвязь Обобщающие термины радиопередатчики … Справочник технического переводчика
усилитель звуковой частоты - 360 усилитель звуковой частоты; УЗЧ (Ндп. усилитель низкой частоты) Усилитель электрических сигналов звуковой частоты Источник: ПР 45.02 97: Отраслевая система стандартизации. Принципы разработки нормативных документов 360. Усилитель звуковой… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Эту страницу предлагается переименовать в Усилитель звуковой частоты. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К переименованию/3 ноября 2012. Возможно, её текущее название не соответствует нормам современного русского языка … Википедия
Электронный усилитель усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное… … Википедия
усилитель - 3.1.1 усилитель: Усилитель сигналов звуковой частоты в блочном разъемном конструктивном исполнении или входящий в состав однокорпусной аппаратуры.
Современные цифровые источники звука (CD-проигрыватели, ЦАПы и т.п.) имеют очень низкий уровень шумов. Гораздо ниже, чем винил или магнитная лента. Из-за этого требования к шумам последующего усилительного тракта на сегодняшний день стали гораздо выше, чем в эпоху аналогового звука. В свете этих требований при разработке описанного ниже предварительного усилителя в первую очередь ставилась задача получения качественного звучания при ультранизком уровне шумов без применения экзотических или дорогостоящих компонентов.
В большинстве каскадов автор применил свои любимые операционные усилители NE5532 , но в некоторых узлах используются LM4562 , так как в последнее время они стали доступнее и позволяют получить гораздо меньшие искажения при работе на низкоомную нагрузку.
Что за меломан (и уж тем более аудиофил) без винила? Именно для них предусилитель оснащен двумя фонкорректорами под разные типы звукоснимателей. Кроме того, конструкция имеет регулятор тембра , наглядный индикатор уровня и симметричные выходы , что сегодня стало практически стандартом для высококачественной аудио-аппаратуры .
Структурная схема предусилителя показана на рисунке:
Увеличение по клику
Все модули собраны на отдельных печатных платах, что упрощает их размещение в корпусе и облегчает коммутацию.
В этой части цикла статей приводится описание схемы непосредственно усилителя с регуляторами громкости, баланса и тембра, а также организации симметричного выхода.
Принципиальная схема модуля предварительного усиления:
Увеличение по клику
Все сопротивления (не только резисторы, но и сопротивления активных компонентов, например сопротивление базы транзистора) генерируют шумы , уровень которых зависит от величины сопротивления и температуры. Так как повлиять на температуру в помещении прослушивания довольно сложно, то единственный способ уменьшить шумы сопротивлений — это уменьшать величину самого сопротивления. Отсюда вытекает главная особенность представленной схемы — использование низкоомных резисторов на всём пути звукового сигнала.
Если для постоянных резисторов выбор низкоомных номиналов не представляет проблем, то для переменных резисторов (для регуляторов громкости, баланса и тембра) номинальный ряд существенно ограничен. Обычно в этих цепях можно увидеть переменные резисторы на 47кОм, 22кОм, в лучшем случае 10 кОм. В данной конструкции Дуглас Селф применил переменные резисторы на 1кОм — это, пожалуй, минимальный номинал из доступных среди переменных резисторов.
Кстати, вот характеристики, которых удалось достичь:
(Измерения проводились при напряжении питания 17В, при отключенных регуляторах тембра, с использованием симметричных входов и выходов)
| Коэффициент гармоник+шум (входной сигнал 0,2В, выходной — 1В) | 0,0015% (1 kHz, B = 22 Hz до 22 kHz) 0,0028% (20 kHz, B = 22 Hz до 80 kHz) |
| Коэффициент гармоник+шум (входной сигнал 2В, выходной — 1В) | 0,0003% (1 kHz, B = 22 Hz до 22 kHz)
0,0009% (20 kHz, B = 22 Hz до 80 kHz) |
| Отношение сигнал/шум (при входном сигнале 0,2В) | 96 dB (B = 22 Hz до 22 kHz) 98,7 dBA |
| Полоса воспроизводимых частот: | 0,2 Hz до 300 kHz |
| Максимальный уровень выходного сигнала (при 0,2В входного): 1,3 В | |
| Регулировка баланса | +3,6 dB до -6,3 dB |
| Регулировка низких частот | ±8 dB (100 Hz) |
| Регулировка высоких частот | ±8,5 dB (10 kHz) |
| Разделение каналов (R->L) | -98 dB (1 kHz) -74 dB (20 kHz) |
| Разделение каналов (L->R) | -102 dB (1 kHz) -80 dB (20 kHz) |
Использование низкоомных резисторов также позволяет снизить смещение операционных усилителей входными токами, что также снижает шум, вызванный колебаниями токов ОУ.
Для снижения шумов активных компонентов в схеме использовано параллельное соединение каскадов . Конечно, можно было бы использовать современные малошумящие ОУ типа AD797 . Но это будет значительно дороже и сложнее (так как в одном корпусе содержится только один ОУ). Обращаю внимание, что речь идёт не о параллельном соединении микросхем (когда их напаивают этажеркой друг на друга), а о параллельном соединении усилительных каскадов. Только в этом случае шумы усилительных элементов будут некоррелируемые, за счёт чего общий уровень шума уменьшается на 3дБ при запараллеливании 2-х каскадов. При параллельном соединении 4-х каскадах шум уменьшается на 6дБ, т.е. в два раза.
Если запараллелить 8 каскадов, то шум уменьшится на 9 дБ, но для такого выигрыша затраты получаются неоправдано высоки.
Из-за применения низкоомных резисторов в регуляторе тембра номиналы конденсаторов получились гораздо больше привычных. Но сегодня это не является проблемой для современной элементной базы.
Для снижения шумов и помех непосредственно на входе усилителя установлен фильтр R1C1 и R2C2 . Буферные каскады IC1A и IC1B обеспечивают входное сопротивление порядка 50кОм и улучшают подавление синфазных помех. Непосредственно усилительный каскад собран на LM4562 (IC2A), коэффициент усиления которого регулируется потенциометром P1A. Этот же потенциометр в правом канале включен «противофазно» левому, за счет чего получается регулировка баланса. Обратная связь в каскаде реализована через два параллельных буфера IC3A и IC3b, за счёт чего достигается неизменность коэффициента усиления каскада независимо от изменения нагрузки. Кроме того, такое решение снижает уровень шума и обеспечивает низкое выходное сопротивление.
Типовая реализация регулятора баланса обычно негативно влияет на сцену и «виртуальное» расположение инструментов, из-за чего довольно редко встречается в Hi-End аппаратуре. Решение данного узла, предложенное Дугласом Селфом, не имеет этого недостатка.
Уровень шума этой части предусилителя составляет всего -109 дБ в среднем положении регулятора баланса, -106 дБ при максимальном и -116 дБ при минимальном положениях регулятора (в полосе частот 22 Гц до 22 кГц).
Несмотря на то, что выглядит регулятор несколько необычно, тем не менее здесь применена классическая схема регулятора тембра Баксандалла. Как отмечалось выше из-за низких номиналов переменных сопротивлений номиналы конденсаторов получаются существенно больше «типовых» значений.
Конденсатор С7 (1 мкФ) определяет нижнюю частоту регулировки тембра, а конденсаторы C8 и C9 имеют значение 100 нФ и определяют частоту регулировки тембра на ВЧ. При желании глубину регулировки тембра можно увеличить до ± 10 дБ. За счет элементов IC4 исключено взаимное влияние цепей НЧ и ВЧ при регулировании тембров.
Не смотря на большие габариты и высокую стоимость, для этой части схемы настоятельно рекомендуется применение полипропиленовых конденсаторов.
Уровень шума регулятора тембра составляет всего -113 дБ в среднем положении регуляторов.
Реле RE1 служит для отключения регулятора тембра, если в нём нет необходимости. В этом случае сигнал снимается с выхода IC2A и поступает напрямую на вход IC9B в обход регулятора тембра. Чтобы избежать щелчков при коммутации служит резистор R18. Для снижения перекрестных помех коммутация в каждом канале осуществляется отдельным реле. В этом случае контактные группы реле можно запараллелить, что снизит сопротивление контактов и дополнительно повысит надёжность этой части схемы.
Регулятор громкости также реализован по идее Питера Баксандалла, что во-первых позволило получить сверхнизкий уровень шума (особенно на малых громкостях), а во-вторых получить логарифмическую характеристику регулирования при использовании потенциометров с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота. Максимальное усиление составляет +16 дБ, при этом точка 0 дБ получается в среднем положении потенциометра.
Четыре соединённых параллельно усилителя, как отмечалось выше, служат для снижения уровня шума на 6 дБ. Уровень собственных шумов такого регулятора составляет -101 дБ при максимальном усилении и -109 дБ при усилении 0 дБ. На практике регулятор громкости обычно устанавливается в положении -20 дБ, тогда уровень шума составит -115 дБ, который существенно ниже порога слышимости.
Чтобы вы могли оценить качество каждого каскада для них были приведены собственные уровни шумов. Результирующий уровень шума данного предусилителя, как нетрудно догадаться, будет несколько варьироваться в зависимости от положения потенциометров.
Симметричный выход реализован за счёт фазоинвертора на ОУ IC9A и имеет двойную амплитуду сигнала по сравнению с несимметричным. Впрочем, это нормально для профессиональной аудиотехники.
Размещение элементов усилителя на плате:
Увеличение по клику
При сборке сначала запаиваются резисторы, а затем остальные компоненты.
Джампер JP1 предназначен для подбора оптимального подключения земли винил-корректора (есть аналогичные джамперы на платах MC / MD). Не забудьте их подключить. Место подключение подбирается экспериментально после сборки конструкции в корпусе.
Фото собранной платы:
Увеличение по клику
Данный блок настройки не требует.
Частотные характеристики усилителя и регулятора тембра:
Увеличение по клику
Резисторы:
(1% точность; металло-плёночные; 0.25W)
R1,R2,R39,R40 = 100Ohm
R3-R6,R41-R44,R78,R79 = 100kOhm
R7-R12,R16,R17,R21-R24,R33,R34,
R45-R50,R54,R55,R59-R62,R71,R72 = 1kOhm
R13,R51 = 470Ohm
R14,R15,R52,R53 = 430Ohm
R18,R35,R36,R56,R73,R74 = 22kOhm
R19,R20,R57,R58 = 20Ohm
R25-R28,R63-R66 = 3.3kOhm
R29-R32,R67-R70 = 10Ohm
R37,R38,R75,R76 = 47Ohm
R77 = 120Ohm
P1,P2,P3,P4 = 1kOhm, 10%, 1W, stereo potentiometer, линейный, например Vishay Spectrol cermet type 14920F0GJSX13102KA. или, Vishay Spectrol conductive plastic type 148DXG56S102SP.
Конденсаторы:
C1,C2,C10-C14,C26,C27,C35-C39 = 100pF 630V, 1%, polystyrene, axial
C3,C4,C28,C29 = 47µF 35V, 20%, неполярный, диаметром 8mm, расстояние между выводами 3.5mm, например Multicomp p/n NP35V476M8X11.5
C5,C6,C30,C31 = 470pF 630V, 1%, polystyrene, axial
C7,C32 = 1µF 250V, 5%, polypropylene, расстояние между выводами 15mm
C8,C9,C33,C34 = 100nF 250V, 5%, polypropylene, lead spacing 10mm
C15,C16,C40,C41 = 220µF 35V, 20%, неполярные, диаметром 13mm,расстояние между выводами 5mm, например Multicomp p/n NP35V227M13X20
C17-C25,C42-C50 = 100nF 100V, 10%, расстояние между выводами 7.5mm
C51 = 470nF 100V, 10%, расстояние между выводами 7.5mm
C52,C53 = 100µF 25V, 20%, диаметр 6.3mm, расстояние между выводами 2.5mm
Микросхемы:
IC1,IC3,IC5-IC10,IC12,IC14-IC18 = NE5532, например ON Semiconductor type NE5532ANG
IC2,IC4,IC11,IC13 = LM4562, например National Semiconductor type LM4562NA/NOPB
Разное:
K1-K4 = 4-х контактный разъём, шаг 0.1’’ (2.54mm)
K5,K6,K7 = 2-х контактный разъём, шаг 0.1’’ (2.54mm)
JP1 = 2-х контактный джампер, шаг 0.1’’ (2.54mm)
K8 = 3-х контактный винтовой блок, шаг 5mm
RE1,RE2 = реле, 12V/960Ohm, 230VAC/3A, DPDT, TE Connectivity/Axicom type V23105-A5003-A201
Продолжение следует...
Статья подготовлена по материалам журнала «Электор» (Германия)
Удачного творчества!
Главный редактор «РадиоГазеты»
Усилители низкой частоты (УНЧ) используют для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для непосредственного восприятия через электродинамические или иные излучатели звука.
Заметим, что высокочастотные усилители до частот 10... 100 МГц строят по аналогичным схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, во сколько частота высокочастотного сигнала превосходит частоту низкочастотного.
Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером, показан на рис. 1. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль. Допустимое напряжение питания для этого усилителя 3...12 В.
Величину резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, поскольку его оптимальная величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля, коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.
Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор.
Для выбора начального значения резистора R1 следует учесть, что его величина примерно в сто и более раз должна превышать сопротивление, включенное в цепь нагрузки. Для подбора резистора смещения рекомендуется последовательно включить постоянный резистор сопротивлением 20...30 кОм и переменный сопротивлением 100... 1000 кОм, после чего, подав на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, вращением ручки переменного резистора добиться наилучшего качества сигнала при наибольшей его громкости.
Величина емкости переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в пределах от 1 до 100 мкФ: чем больше величина этой емкости, тем более низкие частоты может усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 - 4).
Усложненные и улучшенные по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителей приведены на рис. 2 и 3. В схеме на рис. 2 каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотнозависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор С2), улучшающей качество сигнала.
Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.
Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.
Рис. 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы транзистора.
В схеме на рис. 3 смещение на базу транзистора задано более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество работы усилителя при изменении условий его эксплуатации. «Автоматическая» установка смещения на базе усилительного транзистора применена в схеме на рис. 4.
Соединив последовательно два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Усиление такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления отдельно взятых каскадов. Однако получить большое устойчивое усиление при последующем наращивании числа каскадов нелегко: усилитель скорее всего самовозбудится.
Рис. 5. Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ.
Новые разработки усилителей НЧ, схемы которых часто приводят на страницах журналов последних лет, преследуют цель достижения минимального коэффициента нелинейных искажений, повышения выходной мощности, расширения полосы усиливаемых частот и т.д.
В то же время, при наладке различных устройств и проведении экспериментов зачастую необходим несложный УНЧ, собрать который можно за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное число дефицитных элементов и работать в широком интервале изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.
Схема простого усилителя мощности НЧ с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется номиналом потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. На выход усилителя можно подключать нагрузку сопротивлением от 2...4 до 64 Ом и выше.
При высокоомной нагрузке в качестве VT2 можно использовать транзистор КТ315. Усилитель работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 3 до 15 В, хотя приемлемая работоспособность его сохраняется и при снижении напряжения питания вплоть до 0,6 В.
Емкость конденсатора С1 может быть выбрана в пределах от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 =100 мкФ) УНЧ может работать в полосе частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.
Рис. 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.
Амплитуда входного сигнала УНЧ не должна превышать 0,5...0,7 В. Выходная мощность усилителя может изменяться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и величины питающего напряжения.
Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливают напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50...60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 должен быть установлен на теплоотводя-щей пластине (радиаторе).
На рис. 7 показана схема другого внешне простого УНЧ с непосредственными связями между каскадами. Такого рода связь улучшает частотные характеристики усилителя в области нижних частот, схема в целом упрощается.
Рис. 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами.
В то же время настройка усилителя осложняется тем, что каждое сопротивление усилителя приходится подбирать в индивидуальном порядке. Ориентировочно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30...50) к 1. Резистор R1 должен быть 0,1...2 кОм. Расчет усилителя, приведенного на рис. 7, можно найти в литературе, например, [Р 9/70-60].
На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных УНЧ на биполярных транзисторах. Такие усилители имеют довольно высокий коэффициент усиления Ку. Усилитель на рис. 8 имеет Ку=5 в полосе частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 при коэффициенте гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [РЛ 3/99-10].
Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.
Рис. 9. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 100.
Для портативной радиоэлектронной аппаратуры важным параметром является экономичность УНЧ. Схема такого УНЧ представлена на рис. 10 [РЛ 3/00-14]. Здесь использовано каскадное включение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включен таким образом, что стабилизирует рабочую точку VT1 и VT3.
При увеличении входного напряжения этот транзистор шунтирует переход эмиттер — база VT3 и уменьшает значение тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT3.
Рис. 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.
Как и в приведенной выше схеме (см. рис. 6), входное сопротивление этого УНЧ можно задавать в пределах от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль, например, ТК-67 или ТМ-2В. Телефонный капсюль, подключаемый при помощи штекера, может одновременно служить выключателем питания схемы.
Напряжение питания УНЧ составляет от 1,5 до 15 В, хотя работоспособность устройства сохраняется и при снижении питающего напряжения до 0,6 В. В диапазоне напряжения питания 2... 15 В потребляемый усилителем ток описывается выражением:
1(мкА) = 52 + 13*(Uпит)*(Uпит),
где Uпит - напряжение питания в Вольтах (В).
Если отключить транзистор VT2, потребляемый устройством ток увеличивается на порядок.
Примерами УНЧ с непосредственными связями и минимальным подбором режима работы являются схемы, приведенные на рис. 11 - 14. Они имеют высокий коэффициент усиления и хорошую стабильность.
Рис. 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (низкий уровень шумов, высокий КУ).
Рис. 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.
Рис. 13. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315 - вариант 2.
Микрофонный усилитель (рис. 11) характеризуется низким уровнем собственных шумов и высоким коэффициентом усиления [МК 5/83-XIV]. В качестве микрофона ВМ1 использован микрофон электродинамического типа.
В роли микрофона может выступать и телефонный капсюль. Стабилизация рабочей точки (начального смещения на базе входного транзистора) усилителей на рис. 11 - 13 осуществляется за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении второго каскада усиления.
Рис. 14. Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.
Усилитель (рис. 14), имеющий высокое входное сопротивление (порядка 1 МОм), выполнен на полевом транзисторе VT1 (истоковый повторитель) и биполярном — VT2 (с общим).
Каскадный усилитель низкой частоты на полевых транзисторах, также имеющий высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.
Рис. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.
Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.
Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.
Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов СЗ, С4.
Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.
Если вам нужна схема простого лампового УНЧ то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.
Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.
Как известно, номинальное выходное напряжение современных источников сигнала звуковой частоты (3Ч) не превышает 0,5 В, в то время как номинальное входное напряжение большинства усилителей мощности 3Ч (УМЗЧ) составляет обычно 0,7..1 В. Для повышения напряжения сигнала до уровня, обеспечивающего нормальную работу УМЗЧ, а также для согласования выходных сопротивлений источников сигнала с его входным сопротивлением служат предварительные усилители 3Ч. Как правило, именно в этой части звуковоспроизводящего тракта осуществляются регулировки громкости, тембра и стереобаланса. Основные требования к предварительным усилителям - малые нелинейные искажения сигнала (коэффициент гармоник - не более нескольких сотых долей процента) и небольшой относительный уровень шумов и помех (не выше -66..-70 дБ), а также достаточная перегрузочная способность. Всем этим требованиям в значительной мере отвечает предварительный усилитель москвича В. Орлова (за основу он взял схему усилителя AU-X1 японской фирмы "Sansui"). Номинальные входное "и выходное напряжения усилителя соответственно 0,25 и 1 В, коэффициент гармоник в диапазоне частот 20..20000 Гц при номинальном выходном напряжении не превышает 0,05 %, а отношение сигнал/шум 66 дБ. Входное сопротивление усилителя 150 кОм, пределы регулирования тембра (на частотах 100 и 10000 Гц) от -10 до +6 дБ. Устройство предназначено для работы с УМЗЧ, входное сопротивление которого не менее 5 кОм.
Усилитель (на рис.1 изображена принципиальная схема одного из его каналов) состоит из истокового повторителя на транзисторе VT1, так называемого мостового пассивного регулятора тембра (элементы R6-R11.1, С2-С8) и трехкаскадного симметричного усилителя напряжения сигнала. Регулятор громкости - переменный резистор R1.1 - включен на входе усилителя, что уменьшает вероятность его перегрузки. Тембр в области низших частот звукового диапазона регулируют переменным резистором R7.1, в области высших частот - переменным резистором R11.1 (резисторы R7.2 и R11.2 использованы в другом канале усилителя). Коэффициент передачи симметричного усилителя определяется отношением сопротивлений резисторов R18, R17 и при указанных на схеме номиналах равен примерно 16. Режим работы транзисторов оконечного каскада (VT6, VT7) задан падением напряжения, создаваемым коллекторными токами транзисторов VT4, VT5 на включенных в прямом направлении диодах VD1 - VD3. Подстроечный резистор R15 служит для балансировки усилителя. Питать усилитель можно как от источника, питающего УМЗЧ, так и от любого нестабилизированного выпрямителя с выходными напряжениями +18..22 и -18..22 В.
Возможный вариант печатной платы одного канала устройства изображен на рис.2.
 |
Изготовлена она из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и рассчитана на установку резисторов МЛТ и СП4-1 (R15), конденсаторов МБМ (С1, С4, С8, С11), БМ-2 (С3, С5-С7) и К50-6, К50-16 (остальные). Конденсаторы МБМ и БМ-2 смонтированы на плате вертикально (один из их выводов наращивают до требуемой по месту длины луженым проводом диаметром 0,5..0,6 мм). Сдвоенный переменный резистор R1 любого типа группы В, резисторы R7 и R11 - группы Б. Транзисторы КП303Д можно заменить на КП303Г, КП303Е, транзистор КП103М - на КП103Л, транзисторы КТ315В и КТ361В - транзисторами этих серий с индексом Г. Полевые транзисторы необходимо подобрать по начальному току стока, который при напряжении Uси=8 В не должен выходить за пределы 5,5..6,5 мА. Диоды Д104 вполне заменимы диодами серий Д220, Д223 и т.п. Регулировка сводится к установке подстроечным резистором R15 нулевого напряжения на выходе и подбору резистора R18 до получения при входном напряжении 250 мВ частотой 1000 Гц выходного напряжения, равного 1 В (движки резисторов R7, R11 - в среднем, а резистора R1 - в верхнем по схеме положении).
Существенный недостаток описанного, да и многих других подобных устройств на транзисторах - сравнительно большое число элементов и, как следствие этого, довольно большие габариты монтажной платы. Значительно более компактными получаются предварительные усилители на основе операционных усилителей (ОУ).
Примером может служить устройство, разработанное москвичом Ю. Солнцевым на базе ОУ общего применения К574УД1А (рис.3).
 |
Проведенные им исследования показали, что коэффициент гармоник этого ОУ сильно зависит от нагрузки: вполне приемлемый при ее сопротивлении более 100 кОм, он возрастает до 0,1 % при уменьшении сопротивления нагрузки до 10 кОм. Для получения достаточно малых нелинейных искажений автор добавил к указанному ОУ так называемый параллельный усилитель, отличающийся практическим отсутствием искажений типа "ступенька" даже без отрицательной обратной связи (ООС). С ООС же коэффициент гармоник не превышает 0,03 % во всем звуковом диапазоне частот при сопротивлении нагрузки более 500 Ом. Остальные параметры предварительного усилителя следующие: номинальные входное и выходное напряжения 250 мВ, отношение сигнал/шум не менее 80 дБ, перегрузочная способность 15..20 дБ. Как видно из схемы, устройство состоит из линейного усилителя с горизонтальной АЧХ на ОУ DA1 и транзисторах VT1-VT4 ("параллельный" усилитель) и пассивного мостового регулятора тембра (элементы R12-R14, R17-R19, С6-С9). Этот регулятор при необходимости можно исключить из тракта с помощью реле К1 (сигнал в этом случае снимают с делителя напряжения R10R11). Коэффициент передачи усилителя определяется отношением сопротивления резистора R3 к суммарному сопротивлению резисторов R2, R4. Мостовой регулятор особенностей не имеет. На низших частотах тембр регулируют переменным резистором R18.1, на высших - резистором R13.1. Резисторы R12, R14 предотвращают монотонный подъем и спад АЧХ за пределами номинального диапазона частот усилителя. Для нормальной работы регулятора тембра сопротивление нагрузки должно быть не менее 50 кОм. При работе с источником сигнала, выходное напряжение которого содержит постоянную составляющую, на входе усилителя необходимо включить разделительный конденсатор (на схеме изображен штриховыми линиями).
 |
Все детали усилителя, за исключением элементов регулятора тембра, монтируют на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита (на рис.4 изображена ее часть для одного канала). Плата рассчитана на монтаж резисторов МЛТ, СП4-1 (R4), конденсаторов К53-1а, К53-18 (С1, С4), КМ-6Б (С2, С3, С5, С6) и МБМ (остальные). Сдвоенные переменные резисторы R13 и R18 - любого типа группы Б. Элементы регулятора тембра монтируют непосредственно на их выводах и соединяют с платой экранированными проводами. Вместо указанных на схеме в усилителе можно применить транзисторы КТ3107И, КТ313Б, КТ361К (VT1, VT4) и КТ312В, КТ315В (VT2, VT3). Реле К1 - марки РЭС60 (паспорт РС4.569.436) или любое другое с подходящими габаритами и током и напряжением срабатывания. Диод VD1 - любой с допустимым обратным напряжением не менее 50 В. Для соединения с усилительным трактом применен разъемный соединитель МРН14-1 (на плате устанавливают его вилку). Для питания усилителя необходим двуполярный источник питания, способный отдать в нагрузку ток около 30 мА при напряжении пульсации не более 10 мВ (иначе при неудачном монтаже возможно появление заметного фона). Регулировка усилителя сводится к установке требуемого коэффициента передачи с подключенным регулятором тембра и без него. В первом случае нужного результата добиваются изменением сопротивления подстроечного резистора R4 (а если нужно, то и подбором резистора R2), во втором - подбором резистора R11. Усилитель рассчитан на работу с УМЗЧ, описанным в статье Ю. Солнцева "Высококачественный усилитель мощности" ("Радио", 1984, №5, с.29-34). Регулятор громкости (сдвоенный переменный резистор группы В сопротивлением 100 кОм) включают в этом случае между его входом и выходом предварительного усилителя. Такой же резистор, но группы А, используют в качестве регулятора стереобаланса (один из его крайних выводов и вывод движка в каждом канале подсоединяют к движку регулятора громкости, а другой крайний вывод - к входу УМЗЧ).
В последние годы промышленность освоила выпуск интегральных микросхем (ИС КМ551УД, КМ551УД2), специально предназначенных для работы во входных каскадах трактов звуковой частоты бытовой радиоаппаратуры (предусилителях-корректорах электропроигрывателей, усилителях записи и воспроизведения магнитофонов, микрофонных усилителях и т.п. устройствах). Их отличают пониженный уровень собственных шумов, малый коэффициент гармоник, хорошая перегрузочная способность.
 |
На рис.5 приведена схема предварительного усилителя на ИС КМ551УД2 (предложена москвичом А. Шадровым). Эта ИС представляет собой сдвоенный ОУ с напряжением питания от +5 до +16,5 В. ИС с индексом А отличается от прибора с индексом Б вдвое меньшим (4 В) входным синфазным напряжением и нормируемым приведенным к входу напряжением шумов (не более 1 мкВ при сопротивлении источника сигнала 600 Ом; у КМ551УД2Б оно не нормируется). Номинальные входное и выходное напряжения этого усилителя такие же, что и у устройства по схеме на рис.1, коэффициент гармоник в диапазоне частот 20..20000 Гц не более 0,02 %, отношение сигнал/шум (невзвешенное) 90 дБ, Диапазон регулирования громкости и тембра (на частотах 60 и 16000 Гц) соответственно 60 и +10 дБ, переходное затухание между каналами в диапазоне частот 100..10000 Гц не менее 50 дБ. Входное и выходное сопротивления усилителя соответственно 220 и 3 кОм. Мостовой регулятор тембра включен в данном случае в цепь ООС, охватывающей ОУ DA1.1 (здесь и далее в скобках указаны номера выводов второго ОУ микросхемы). На входе включен тонкомпенсированный регулятор громкости на переменном резисторе R2.1 с отводом от токопроводящего элемента. Тонкомпенсацию (подъем составляющих низших частот на малых уровнях громкости) можно отключить выключателем SA1.1. Устойчивую работу ИС КМ551УД2 (ее АЧХ имеет три перегиба) обеспечивают конденсатор С7 и цепь R5C5, номиналы которых выбраны для коэффициента передачи Ки=10 (скорость нарастания выходного напряжения при таком усилении достигает 3..4 В/мкс). Конденсаторы С12, С13 предотвращают взаимосвязь усилителя с другими устройствами тракта при питании от общего источника. Переменным резистором R12.1 (в другом канале R12.2) регулируют стереобаланс.
 |
Все детали усилителя, кроме переменных резисторов R2, R7, R11 и выключателя SA1, монтируют на печатной плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита. Рассчитана она на установку резисторов МЛТ, конденсаторов МБМ (С1, С10), БМ-2 (С3-С5, С11), KM (C6, С7, С12, С13) и К50-6, К50-16 (остальные). Конденсаторы МБМ и БМ-2 монтируют вертикально. Для регулирования громкости и стереобаланса подойдут любые сдвоенные переменные резисторы группы А, для регулирования тембра - резисторы группы Б. Налаживания усилитель не требует. АЧХ мостовых регуляторов тембра имеют, как известно, фиксированные частоты перегиба, поэтому плавно регулируется, в сущности, только крутизна участков АЧХ левее и правее этих частот, причем ее максимальное значение не превышает 5..6 дБ на октаву. Для получения требуемых пределов регулирования тембра на высших и низших частотах звукового диапазона частоты перегиба приходится выбирать в области средних частот. Такой регулятор малоэффективен в том случае, если необходимо подавить низко- или высокочастотные помехи в спектре сигнала. Например, при частоте перегиба 2 кГц регулятором тембра можно понизить уровень помехи частотой 16 кГц на 15 дБ, только ослабив одновременно составляющие спектра 8 и 4 кГц соответственно на 10 и 5 дБ. Ясно, что в подобном случае это не выход из положения, поэтому для подавления помех на краях спектра иногда используют отключаемые фильтры нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот с большой крутизной спада АЧХ за пределами полосы прозрачности. Однако и в этом случае нужный результат достигается далеко не всегда, так как эти фильтры обычно имеют фиксированные частоты среза. Иное дело, если фильтры сделать перестраиваемыми по частоте. Тогда, плавно смещая грааницы диапазона пропускаемых частот в нужную сторону, можно будет "вывести" помеху за его пределы, не влияя при этом на форму АЧХ внутри диапазона. Кстати, такие фильтры целесообразно сделать неотключаемыми: они помогут бороться с инфранизкочастотными помехами от механизма недостаточно совершенного электропроигрывающего устройства.
Янв 15
По уже сложившейся для себя традиции, раз в год нужно спаять что-то стоящее, новое и полезное, а так как звуковая болезнь для, которой ещё не придумали название и соответственно лекарства, не лечится захотелось сделать что-нибудь этакое связанное со звуком. Усилитель нормальный есть, акустика тоже….О! преда с регулятором тембра не хватает! Ну и началось. См.далее. Признаться честно начиналось всё это примерно год назад. Схема была выбрана, детали закуплены, но внезапно, как это часто бывает, всё рвение и желание куда-то пропало. Сложил в корпус будущего преда всю документацию, комплектующие и заморозил проектик до лучших времен. Времена эти пришли с наступлением холодов. И дальше пойдем по пунктам.
1- Выбор схемы предварительного усилителя
Самая сложная теоретическая часть – это выбрать схему совмещающую в себе высокую повторяемость и качество полученного результата. От многополосных эквалайзеров и схем темброблока на готовых, специально заточенных для этого микросхем отговорили на форуме, сказав, что это ГЭ и совсем не подходит для получения качественного звука. Также пробовал вот такую схему предусилителя с регулятором тембра
Схема предусилителя на TL072
В общем-то неплохо и для большинства усилителей, собранных на популярных микросхемах, типа TDAхххх этого преда будет достаточно. Регулировка ВЧ и НЧ находится довольно в большом диапазоне, по шумам не самый плохой вариант, да и простота в изготовлении подкупает, но ведь хочется получить результат выше среднего, значит ищем дальше.
Засмотрелся на предусилитель Солнцева. Схема давно известна, не сложная в сборке и настройке, и по соотношению хороших/плохих отзывов, хорошие перевешивают с большим преимуществом. Однако человек такое вредное существо, которому всегда хочется большего. Советские комплектующие из прошлого века использовать не хотелось. Можно собрать Солнцева используя, взамен отечественных современные импортные комплектующие, и люди собирают, так что, почему бы не попробовать?...
Следующая задача состояла в выборе схемы регулятора тембра. Активные, пассивные, на операционных усилителях, вариантов множество, но нужно выбрать один. Опять же исследуя форумы наткнулся на обсуждение регулятора тембра Матюшкина. Пассивный регулятор тембра, в котором кроме резисторов и конденсаторов больше нет никаких элементов, но по отзывам, такой правильно рассчитанный ТБ выдавал какой-то свой особенный звук, очень приятный и отличающийся от других РТ.
Начал «курить» как состыковать регулятор тембра Матюшкина с предварительным усилителем Солнцева и забрел на форум сxem.net где наткнулся на тему высококачественного предварительного усилителя Nataly. В этом предусилителе используется как раз связка ПУ похожего на Солнцевский и РТ Матюшкина. Потратил несколько дней на прочтение темы, которая на тот момент составляла около 90 страниц, но затраченное время стоило того. В итоге пришел к решению делать именно этот предусилитель!
2 - Корректировка схемы предусилителя под себя.
Оригинальная схема предусилителя «Натали» и имеющиеся под неё готовые печатные платы не подошли мне по ряду причин. Во-первых, оригинал имеет двухуровневое питание +/- 15в для питания ОУ и +/-30в для остальной части. Ну, это пол беды, там соединить резистор питания ОУ с шиной +/- 30 и вместо 30 подать 15В секундное дело. Главное, что побудило изменять схему и плату – это размеры имеющегося корпуса, и по прикидкам с теми платами, которые имеются на форуме и опробованы, я никак не помещаюсь в габариты коробушки. Выход только один – немножко упростить схему и выбросить лишние детали, чтобы уменьшить размеры ПП, да и разводку платы это должно облегчить.
Это оригинальная схема
Схема предусилителя Nataly
А это - моя, немножко упрощенная
Схема предварительного усилителя
Основные отличия:
1-убрал несколько электролитов по питанию, вместо них поставил конденсаторы большей емкости.
2 – вырезал из схемы обход регулятора тембра, и регулировку баланса
3 – и третье изменение – также вырезал блок тонкомпенсации на выходе предусилителя.
Эти изменения позволили незначительно уменьшить размеры печатной платы, чего хватило для нормальной установки ПП в корпус ПУ.
Вот так примерял все платы, напечатанные на бумаге.
Макет предварительного усилителя
Получилось, что законченное устройство состоит из 7 отдельных плат, или блоков. Ниже остановлюсь на каждом блоке подробнее и постараюсь не повторять то, что писал в серии статей об этом предусилителе в рубрике «В процессе работы»
3 – Полное описание предварительного усилителя
3.1 – Плата предварительного усилителя
Печатка для предварительного усилителя
Начну с платы предварительного усилителя. Как бы ни хотелось впихнуть сюда другие операционники, но по своему печальному опыту скажу – сохраните свое время и нервы, и ставьте то, что нужно, а нужно OPA134 или их сдвоенный вариант OPA132. К сожалению на момент заказа, в интернет магазине не было этих ОУ, и я заказал NE5534, который, кстати по перегрузочной способности лучше ОПАшек. Сколько же я провозился с ними потом, когда начал настраивать пред в бесконечных и безуспешных попытках избавиться от постоянки на выходе предусилителя. Даже установил 100 Ом_ные многооборотные подстроечники, вместо резисторов R9-R10,R30-R31, помеченных * . На выходе ОУ получается выставить 0, а на выходе буфера так же остается -100 - -150мВ. Оно вроде бы на слух и на звук не влияет, никаких искажений не вносит, и нет гула характерного для постоянного напряжения, но ведь этих милливольт не должно быть!
Жертвой этих экспериментов стали наушники, один ух которых храбро погиб в процессе настройки предусилителя. Устранял возбуждение в одном канале, замкнул вход опера на землю через конденсатор, припаял конденсатор в несколько пф уже не помню куда, смотрю на осциллографе возбуд пропал. Отпаиваю конденсатор, тем самым открывая вход и не утрудив себя ткнуть осциллографом в выход буфера подключаю наушники. Что-то странное, в одном канале звук есть, в другом что-то пукнуло и замолчало…Смотрю осциллографом, а там возбуд амплитудой вольт так в 10, который безжалостно убил маленький беззащитный динамик наушников. Причиной этого стал тот самый конденсатор, который устранял возбуждение с закрытым входом, но многократно его усиливал с открытым. В общем маялся я, маялся, и в итоге не осталось ничего кроме как убрать эти NE5534 и заказать OPA134.
Воткнул в панельки ОПАшки, включил питание и дрожащими руками касаюсь выхода буфера щупом осциллографа, иии луч осциллографа остался в том же положении! Может быть микросхемы бракованные и вообще ничего не усиливают? Увеличиваю чувствительность осцилла, и вижу, что постоянка всё же есть, но находится на уровне нескольких мВ. А что же на выходе ОУ? На выходе немного больше, но с помощью подстроечников сводится к нулю.
Отсюда вывод. Ребят, не надо ставить в схему детали, которые не предназначены для этой цели. Возможно в другой схеме та же NE5534 поведет себя даже лучше ОПАшки, а здесь из недорогих операционников нужна именно OPA.
3.2 – плата регулятора тембра Матюшкина
Схема регулятора тембра Матюшкина
Почему Матюшкин? Опять же причин несколько. Ну, во-первых в оригинале предусилителя Nataly стоит именно этот темброблок. Во-вторых, немаленькие размеры платы компенсируются простотой сборки и отсутствием какой-либо настройки, достаточно просто подобрать номиналы деталей как можно точнее. В-третьих, мое личное мнение, что любой электронный улучшайзер, коим являются активные регуляторы тембра вносит свои дополнительные нехорошие плюшки, а пассивный темброблок лишен этого недостатка. И четвертая причина – это форма АЧХ регулятора тембра Матюшкина, отличающаяся от других РТ. Хотелось услышать своими ушами и сравнить с другими темброблоками.
Плата РТ Матюшкина
Плату для РТ также пришлось рисовать заново с уменьшением габаритов. Да и к тому же в сети не нашел печатку РТ Матюшкина с переключением на имеющихся у меня реле РЭС47. Здесь не стал ничего изменять, кроме резистора, устанавливающего глубину регулировки ВЧ. В оригинале там стоит подстроечный резистор на 4,7кОм, я же вместо него впаял обычный, постоянный резистор на 4,7кОм. Управление, как и сказал, организовано на реле РЭС47.
3.3 – плата управления и индикации
Как говорится, дурная голова рукам покоя не даёт. Кнопочки фиксируемые есть маленького размера, прилепить к ним светодиоды, чтобы показывали какое реле в данный момент включено, труда большого не составило бы, а нет! Фиксируемые переключатели как-то не интересно (хорошо, что не пришло в голову делать сенсорное управление), да и светодиоды простовато выглядят. Надо сделать цифровую индикацию и нефиксируемое переключение, и лучше одной кнопкой. Написать прошивку? Ха! Плёвое дело, когда умеешь это делать…блин, я –то не умею. Тогда выход один – микросхемы логики Made in USSR-Russia. Не буду вдаваться в подробности, и описывать алгоритм работы этих микросхем, сделал это как мог в статье «Предусилитель Nataly – часть 2. Управление реле темброблока и индикацией», которую рекомендую для прочтения всем заинтересовавшимся таким типом управления.
Схема блока управления ПУ
Так вот выглядит схема этой небольшой платы, хотя могла состоять всего из восьми элементов S1-S4 и HL1-HL4. В общем переключения реле РТ происходит циклично, т.е. поочередно включаются-отключаются реле на плате темброблока и вместе с этим меняется показание индикатора от 0 до 4. «0» соответствует как бы отключенному регулятору тембра и далее по нарастающей 1-2-3 увеличивается подъем НЧ. На тройке низов очень много, очень, очень много! Если сравнивать с единственным имеющимся у меня фабричным усилителем «Вега 10У-120С», цифра 4 на индикаторе будет на слух примерно так же, как если выкрутить на максимум регулировку НЧ на Веге и при этом дополнительно включить тонкомпенсацию. Так что любители баса могут собрать четвертую часть РТ Матюшкина, соответствующую максимальному уровню НЧ и радоваться жизни. Ну, а ВЧ подкручивать переменником как в обычных темброблоках.
Плата блока управления и индикации
Ещё две кнопочки переключают входы предусилителя и режим индикации уровня сигнала «точка/столбик». Тоже можно назвать лишней функцией, но, что поделать, понт дороже денег. И конечно же не мог не сделать индикатор уровня сигнала, ведь когда красиво перемигиваются светодиоды, это выглядит интереснее.
Индикатор уровня сигнала на LM3915
Индикатор собран по проверенной очень многими схеме на МС LM3915, по одной на канал. А так как в размерах платы опять же я был ограничен, и всю площадь основной платы заняли детали для переключалок, а центральную часть блок светодиодов был вынужден делать этакую двухэтажную составную плату.
Плата индикатора уровня сигнала на LM3915
Микросхемы LM3915 и вся их обвязка на маленькой плате, соединяется с основной платой штырьевым разъемом.
3.4 – плата блока питания
С чего начинается блок питания? Правильно – с трансформатора! Но использование спутникового ресивера в качестве корпуса для предусилителя, диктовало свои условия для выбора трансформатора в блок питания, т.к. высота корпуса всего лишь около 4-х см и какой попало трансформатор туда не поставишь. Благо на работе нашлось разобранное переговорное устройство, к моему счастью с трансформатором ТП-30.
Трансформатор для предварительного усилителя
Отличный трансформатор, легко разбираемый и соответственно легко перематывающийся под нужное напряжение, и что самое главное по высоте как будто создан специально для моего корпуса. Мощность трансформатора примерно 30ватт, чего с головой хватит для использования этого транса в предусилителе.
Перемотал его под нужное напряжение, собирал, используя как обычно эпоксидную смолу, видимо хорошо угадал с соотношением смолы и отвердителя, и после сборки трансформатор не выдаёт ни звука.
Блок питания предусилителя
Для преда нужно было получить три разных напряжения: +/- 15в для питания платы предварительного усилителя, 9в для питания реле и платы индикации, и 5в для звуковой карты. Для каждого напряжения намотал отдельную обмотку и поставил три диодных моста.
Схема блока питания для предусилителя
Люблю я стабилизированное напряжение, поэтому для питания предусилителя сделал стабилизированный блок питания на LM317 / LM337. Для тонкой регулировки выходного напряжения в каждом плече для ЛМок установил многооборотные подстроечники. На выходе, для дополнительного сглаживания впаял резисторы 1Ом. В одну из ЛМок упиралось реле, стоящее на плате индикации, поэтому она переехала жить на обратную сторону платы.
Блок питания на LM317 для предусилителя
Стабилизатор на 5в сделал также, применив LM317 по стандартной схеме, но уже без подстроечника, а с обычным постоянным резистором, т.к. на плате ЦАПа есть дополнительные стабилизаторы.
9 Вольт сделал еще проще, применив в качестве стабилизатора микросхему 7809. Здесь наличие шумов никак не отразится на звуке и можно упростить схему, но стабилизация обязательна для устойчивой работы микросхем логики
Следующая на очереди >>>
3.5 – плата USB звуковой карты на PCM 2704
Звуковая карта на PCM2704
Серия статей о «цапостроительстве» на датагоре подтолкнула меня к тому, чтобы попробовать собрать для себя USB звуковую карту. Данная карточка представляет собой цифро-аналоговый преобразователь, т.е. при подключении этой платы к компьютеру она определяется, как звуковое устройство. Входящий цифровой сигнал на плату идет посредством USB кабеля, а на выходе получаем обычный, привычный для наших ушей звуковой сигнал. Выбрал для повторения самую простую схему на чипе PCM2704 с целью послушать на самом ли деле такая звуковушка играет лучше звуковой карты, установленной в компьютере.
Схема USB звуковой карты на PCM2704
До этого все усилители и наушники слушал через PCI карточку Creative Audigy2 и был ею очень доволен. Пропущу момент сборки, все-таки речь не конкретно о сборке ЦАПа, а о кратком обзоре звуковой карты, как части предварительного усилителя. Могу сказать, что результат превысил мои ожидания. В самом деле, звук, издаваемый этой маленькой карточкой, оказался лучше звука с Audigy 2 и тем более встроенного в материнскую плату чипа. В ходе сборки предусилителя был вынужден снова перейти на «внутрикомпьютерный» звук по причине невозможности включения USB, и какой же все-таки ватный и размытый звук исходит от встроенного чипа. Никакой прозрачности и воздушности, как будто нарисовали рисунок карандашом, а затем все линии слегка затерли пальцем. Вроде бы и бас есть, и высокие, но все какое-то не такое и не естественное.
Теперь, что касается непосредственно установки USB звуковой карты в корпус предварительного усилителя. В начале даже не планировал ее помещать в корпус преда, но подумав и прикинув, что полтора метра дешевого сигнального кабеля от предусилителя до усилителя будет лучше, чем полтора метра кабеля «предусилитель-усилитель» + ещё столько же от «звуковуха - пред», как это было бы в случае использования звуковой карты в том виде, котором она была, то бишь в отдельном корпусе. Поэтому поместил плату звуковой карты в корпус предусилителя, тем самым сократив длину кабеля «звуковая карта-предусилитель» с полутора метров, до 10 сантиметров. Питание планировалось сделать, не от USB входа, а от блока питания предусилителя, т.к. в теории качество питания от отдельного трансформаторного источника должно быть лучше того, что идет с компьютерного USB входа. На деле разницы не заметил ни ушами, ни осциллографом. И пятивольтовая шина питания блока питания осталась висеть в воздухе без использования. Звуковушка запитывается все так же – от USB, к тому же в этом есть одно большое преимущество – не нужно каждый раз включать предусилитель, когда захочется послушать музыку через наушники.
Так что, всем советую собрать хотя бы такую простейшую звуковую карту, останетесь очень довольны результатом. Или купить готовую, если не хватает навыков сборки цифровых устройств.
3.6 – плата регулировки громкости и высоких частот
Плата регуляторов громкости и ВЧ
Самая маленькая плата всего устройства, не представляющая особого интереса. На ней установлено всего лишь две детали – это переменный резистор регулировки громкости, и переменник регулировки высоких частот. С этой платы отходят два шлейфа проводов, один, шлейф регулировки громкости, на плату селектора входов. Второй шлейф регулировки ВЧ идёт на плату регулятора тембра. Больше написать про эту плату нечего.
3.7 – плата селектора входов
Плата селектора входов
И последняя часть предусилителя – это плата селектора входов, хотя так ее можно назвать с натяжкой, все-таки она имеет всего лишь 2 входа. На плате установлено три разъема: 2 сдвоенных тюльпана и мини джек. Переключение происходит через реле РЭС 47, также установленное на этой плате. В отсутствии питания на релюшке, замкнуты контакты идущие от звуковой карты с контактами входа платы предусилителя, при подачи питания на реле происходит разрыв этой цепи и замыкаются контакты входа предусилителя с звуковым входом «тюльпан». То есть на плате есть возможность переключения только двух входов, либо звук идет с встроенной в корпус ПУ звуковой карты, либо с внешнего источника посредством разъемов «тюльпан». Ещё один сдвоенный «тюльпан» предназначен для вывода сигнала с предусилителя, а мини джек жестко связан с выходом звуковой карты. К нему можно подключить еще один усилитель на который будет идти «чистый» сигнал не украшенный предварительным усилителем или как в моем случае – использую этот выход со звуковой карты для подключения наушников.
4 – настройка предварительного усилителя
По большому счету в настройке нуждается всего лишь одна часть предусилителя, и этой частью является сама плата предусилителя. Для нормальной работы схемы нужно установить ток покоя выходных транзисторов и делается это подбором сопротивления резисторов R9-R10,R30-R31 в (оригинале схемы 51Ом). Для данной схемы рекомендуемый ток покоя 20-22мА, что соответствует падению напряжения 300-350мВ на резисторах R20,R21,R40,R42 номиналом 15 Ом. Вычислить ток покоя очень просто, для этого нужно падение напряжения на этих резисторах разделить на их сопротивление. 300:15=20, т.е. при падении напряжения на резисторах R20,R21,R40,R42 - 300мв у нас ток покоя будет составлять 20мА. Один важный момент, в котором некоторые начинающие паяльщики допускают ошибку. Падение напряжения на резисторах измеряется путем подключения щупов вольтметра одного вывода резистора относительно другого вывода того же резистора, а не общего провода. Очевидная вещь, но по привычке можно подключить один вывод к резистору, а второй к общему, и получить очень удивительный результат. Если у вас падение напряжения находится вне диапазона 300-350 мВ то в зависимости от отклонения в большую или меньшую сторону нужно изменить номинал резисторов R9-R10,R30-R31. Для увеличения тока нужно увеличить сопротивление резисторов, а для уменьшения – соответственно впаять резисторы с меньшим сопротивлением. А вообще, для уменьшения заморочек с подбором этих резисторов, можно поступить следующим образом – впаять на место постоянных резисторов, подстроечные многооборотные резисторы 100 Ом и легко подстраивать и менять ток покоя по своему усмотрению.
Установка тока покоя предусилителя
На плате не предусмотрена установка таких резисторов, но, т.к. для регулировки используются только 2 вывода подстроечника из 3-х, просто спаиваем среднюю ножку такого резистора с одной из крайних, и впаиваем на место постоянного. В дальнейшем, для конечной установки тока покоя можно замерить сопротивление на подстроечном и уже с высокой точностью подобрать постоянный резистор нужного сопротивления.
Теперь нужно посмотреть наличие постоянки на выходе каждого буфера и всех 4-х операционных усилителей. При правильной сборке и использовании именно тех компонентов, которые нужны, она должна составлять несколько мВ, не более 5-10мВ. Если вы увидите там несколько десятков мВ, значит либо у вас где-то что-то неправильно спаяно, либо по ошибке впаяли резистор не того номинала, либо же где-то есть возбуд, и для его поиска будет нужен осциллограф. В случае, если у вас установлены подстроечные резисторы можно попытаться установить «0» подбором сопротивления этих двух резисторов, например R9 и R10 для первого буфера. Получится небольшой разбаланс по сопротивлению резисторов в положительном и отрицательном плече, но зато будет устойчивый ноль на выходе ОУ и буфера. При этом следует помнить, что изменение сопротивления этих резисторов ведет к изменению тока покоя, поэтому советую подключить два вольтметра, или вольтметр + осциллограф и наблюдать за их показаниями. Чтобы и падение напряжения не выходило за рекомендуемые границы, и постоянка была близка к нулю. Забыл сказать, о том, что все эти регулировки нужно делать с закрытым входом предусилителя.
Для поиска возбуда нужно смотреть форму сигнала во всевозможных точках. В зависимости от точки на схеме к которой вы будите подключать осциллограф должна быть ровная линия, без разных «ежиков» ,характерных для возбуждения. В моем случае такой «ежик», т.е. сигнал 0,5В формой напоминающий синусоиду в несколько мегагерц был на эмиттере транзистора VT3, проблема это легко решилась припаиванием конденсатора в 20пФ между базой и коллектором этого транзистора. В трех других буферах возбуждения не обнаружил.
Проверка меандра на предусилителе
На выходе мы должны увидеть четкие прямоугольники, если же там какая-то гадость – ищем ошибку.
По поводу ошибок. Следует очень внимательно подбирать детали, и каждую деталь дополнительно проверять перед установкой. Опять же случай из личного опыта. Все работает, меандр хороший, подключаю к генератору и вижу, что после 7кГц идет явный завал. После внимательного осмотра, который отнял немало времени обнаружил, что вместо конденсатора 10пФ, который стоит между 2 и 6 ножками ОУ и служит для устранения возможного возбуждения на высоких частотах (несколько мГц) у меня стоит конденсатор в 100пФ, который срезал все что выше 7кГц. Заменил его на нужный, в 10пФ и АЧХ стала равномерной.
Что касается платы управления реле и индикации. Здесь не все так гладко и понятно. Во-первых, был неприятно удивлен качеством отечественных деталей, из которых половина оказались бракованными. Во-вторых, те, которые вроде как рабочие ведут себя совершенно непонятно. Либо работают через раз, либо работают в известном только им алгоритме. Поясню, что именно я имею ввиду.
Возьмем микросхему К176ИЕ4. При включении питания по только ей известной причине на экране загорается то 0, то 1. Когда включается с однеркой – все нормально, режимы темброблока соответствуют цифре на индикаторе, т.е. 0 – минимальные НЧ, 3 –максимальные. Когда же включается с нулем, то минимальное у нас уже на 3, а максимальное на 2. Выходит, что счетчик К561ИЕ9А считает все верно, а вот ИЕ4 подглючивает. В добавок к этому иногда проскакивают ложные срабатывания, т.е. нажимаю на кнопку один раз, а цифра с 1 перескакивает на 3 или даже на 0.
То же самое с К155ТМ2, которая управляет селектором входа и переключением режимов уровня сигнала. Два переключателя, собирал абсолютно по одинаковой схеме, в итоге один переключатель работает как часы, другой нужно раз 5 нажать, чтобы он сработал. Как такое может быть?...Впаивают другую микру, та вообще не хочет переключать ничего. В общем методом научного тыка напаял уже не помню на какие ножки конденсаторов в несколько пФ, и теперь вроде как переключения стабильные. Не буду обозначать эти конденсаторы на схеме дабы не вводить в заблуждение, собирайте по стандартной схеме включения, а там уже ориентируйтесь по обстоятельствам.
5. – Разводка земли
Опасался я этого момента исходя из личного опыта, потому что обычно возникают на этом этапе проблемы с правильной разводкой земли и подключением общего провода. Явным признаком неправильной разводки является характерный гул, свидетельствующий о том, что где-то образовалась земляная петля, либо другие неправильности. В случае с предусилителем пошел другой дорогой, сделать не как красивее, и чтобы было меньше проводов, а как правильнее. И в конечном итоге получил положительный результат. Фона нет, даже с выкрученной на максимум ручкой громкости, гула от неправильной земли тоже не наблюдается, в общем результат превысил мои ожидания.
Разводка земли в предусилителе
Как же я соединил общие провода…Очень просто. Свел все в одну точку, и эта точка оказалась платой регуляторов громкости и высоких частот. Например, в питании платы предварительного усилителя плюсовой и минусовой провод припаял к самой плате ПУ, а общий к плате регуляторов, и затем уже от платы РГ и ВЧ подпаял коротенький проводок на общую дорожку платы ПУ. То же самое сделал и с другими общими проводками, многочисленными щупальцами электрического осьминога они идут от платы регулировок ко всем остальным.
Блок-схема предварительного усилителя
Попытался нарисовать блок-схему всего этого. Надеюсь, что ничего не напутал, и получилось более-менее понятно.
6. Корпус.
Корпус, как я уже говорил замечательно подошел от спутникового ресивера «Odissey». Подкупил он меня своим большим окном, в котором отображались часы, номер канала и другая информация, а также размерами корпуса. Аналогичные по размеру корпуса от DVD проигрывателей значительно ниже, и к тому же имеют отсек для загрузки диска, что влечет за собой переделывание лицевой панели, в этом же случае ничего переделывать не понадобилось. Для окончательной доводки мне оставалось лишь просверлить в «морде» два отверстия для крепления регуляторов громкости и высоких частот, ну и закрасить ненужные надписи. Краску использовал как обычно – аэрозоль из автомагазина. Черный матовый цвет точь в точь совпал с цветом панели, поэтому даже не понадобилось красить всю панель, работа свелась к аккуратному закрашиванию надписей и установки алюминиевых ручек.
Лицевая панель предусилителя
Ручки регулировки громкости и тембра
Пошел на ухищрения при установке платы селектора входов. Стандартным способом ее установить не представлялось возможным, т.к. мешала плата регулятора тембра, и мне не оставалось ничего, кроме как прикрутить ее вверх ногами, и дополнительно притянуть пластиковым хомутиком.
Плата селектора входов
Все платы закреплены через пластиковые втулки. Внутрь втулки (или проставки) вкручивается винт, в плате высверливается отверстие по внешнему диаметру втулки, все это дело притягивается сверху гаечкой, и плата надежно изолирована от контакта с корпусом.
Изолятор для платы от корпуса
Также можете видеть, что к транзисторам на плате предусилителя прикрутил небольшие Г-образные радиаторы, вырезанные из алюминиевой пластины. Радиаторы совсем не большие, но температура транзисторов значительно уменьшилась.
Все припаянные к платам провода для надежности залил термоклеем.
Под плату блока питания положил картонную прокладку, так, на всякий случай.
Изолирующая прокладка для платы блока питания
Хоть между платой и корпусом есть запас в несколько мм, для перестраховки сделал дополнительную, контрольную изоляцию. Все-таки на плате находится сетевой выключатель и случайно получить на металлическом корпусе контакт с 220В особого желания нет.
В результате получилось, как в поговорке «В тесноте, да не в обиде». Все кучно, все плотно, но ничего не мешает.
Компоновка предварительного усилителя
Царем чувствует себя плата ЗВ карты, вокруг нее имеется еще пара свободных сантиметров! Дабы уменьшить возможные наводки от трансформатора, закрыл его металлической крышкой. И еще в ходе испытаний выяснилось, что очень сильно греется 9-ти вольтовый стабилизатор. Пришлось к нему прикрутить небольшой радиатор.
7. – заключение.
Корпус для предварительного усилителя
Такая вот не маленькая статья получилась, но и работа была проделана тоже не маленькая, и что мне хочется сказать в заключении. Хотите честно? Сделал еще одну игрушку! Да, оно светится и перемигивается, да звук стал как бы ярче и появилась возможность регулировать высокие и низкие частоты, да, в самом деле, регулятор тембра Матюшкина как-то по своему, по особенному украшает звук, но в целом какого-то кардинального улучшения, от которого хочется прыгать до потолка к сожалению нет…Звук стал интереснее, но не более того. Не подумайте, что я плохо отзываюсь о схеме или отговариваю вас от повторения, ни в коем случае! Если вы настоящий радиолюбитель «больной звуком», то вы получите массу удовольствия от самого процесса сборки устройства, да и сам я ни чуть не жалею о потраченном времени и силах, ведь в конце концов в моем арсенале появилась довольно качественная вещь, которая позволяет обогатить звук и настроить его под свои предпочтения. Не буду скрывать, что после сборки преда, слушаю музыку не напрямую через звуковую карту, а через этот предусилитель. Я лишь хочу сказать, что мои слуховые рецепторы не смогли меня заставить завизжать от радости. Возможно, акустика не та, возможно усилитель, возможно уши. Кстати про усилитель, подключал этот пред пока лишь только к гибриду на полевиках, нужно будет подключить к моему любимому чисто ламповому усилителю на Г807 и послушать что он скажет об этой связке.
Собранный пред!
В общем, друзья! Вот вам готовые, проверенные лично мной печатки. Хочу предупредить насчет платы управления, она может незначительно отличаться от схемы, т.к. многократно дорабатывалась.
Паяйте, пробуйте, экспериментируйте, возможно - это именно то, что Вы искали! Не слушайте никого в том числе меня, потому что у каждого из Вас свои вкусы и предпочтения, как говорится на вкус и цвет… Надеюсь статья была полезной и даст кому-то из Вас стартовый пинок для сборки данного предварительного усилителя.
