Автор: Douglas Self (Дуглас Селф), вольный перевод статьи: главный редактор «РадиоГазеты»
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.
Линейный вход и регулятор баланса.
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).
Несколько схем для аудиотехники
Фильтр НЧ для сабвуфера
Низкочастотная акустическая система обычно громоздка и дорога, а принимая во внимание то, что слух человека не может распознать стерео на низких частотах, понятно что и нет никакого смысла в двух низкочастотных АС — по одной для каждого стереоканала. Особенно если помещение где будет работать стереосистема не очень большого размера.
В таком случае, нужно просуммировать сигналы стереоканалов, а потом из полученного сигнала выделить низкочастотный. На рисунке 1 показана схема активного фильтра, выполненного на двух операционных усилителях микросхемы TL062
.
Сигналы стереоканалов поступают на разъем Х1. Резисторы R1 и R2 совместно с инверсным входом ОУ А1.1 создают микшер, формирующий из стереосигнала общий моносигнал, ОУ А1.1 обеспечивает необходимое усиление (или ослабление) входного сигнала. Уровень сигнала регулируется переменным резистором R3, входящим в состав цепи ООС А1.1. С выхода А1.1 сигнал поступает на ФНЧ на А1.2. Частоту можно регулировать сдвоенным переменным резистором, состоящим из R7 и R8.
Сигнал НЧ на низкочастотный УНЧ или активную низкочастотную АС поступает через разъем Х2. Питание — двуполярное, поступает через разъем Х3, возможно от ±5V до ±15V, Схему можно собрать на любых двух операционных усилителях общего назначения.
Микшер для работы с тремя микрофонами.
Если нужно сигналы от трех отдельных источников, например, от микрофонов подать на один вход записывающего или воспроизводящего аудиоустройства, нужен микшер, с помощью которого можно объединить аудиосигналы от трех источников в один, и отрегулировать их соотношение по уровням так, как это требуется.
На рисунке 2 показан микшер, сделанный на микросхеме типа LM348
, в которой есть четыре операционных усилителя. Сигналы от микрофонов подаются, соответственно, на разъемы Х1, Х2 и Х3. Далее, на микрофонные предварительные усилители на операционных усилителях А1.1, А 1.2 и А1.3. Коэффициент усиления каждого ОУ зависит от параметров его цепи ООС. Это позволяет в широких пределах регулировать коэффициент усиления изменением сопротивлений резисторов R4, R10 и R17, соответственно. Поэтому, если в качестве одного или нескольких из источников сигнала будет использоваться не микрофон, а устройство с более высоким уровнем выходного напряжения ЗЧ, можно будет коэффициент усиления соответствующего ОУ установить подбором сопротивления соответствующего резистора. Причем, диапазон установки коэффициента усиления очень большой, — от сотен и тысяч до единицы.
Усиленные сигналы от трех источников поступают на переменные резисторы R5, R11, R19, с помощью которых можно оперативно регулировать соотношение сигналов в общем сигнале, вплоть до полного подавления сигнала от одного или нескольких источников. Собственно микшер выполнен на ОУ А1.4. Сигналы на его инверсный вход поступают от переменных резисторов через резисторы R6, R12, R19. Сигнал НЧ на внешнее записывающее или усилительное устройство поступает через разъем Х5. Питание — двуполярное, поступает через разъем Х4, возможно от +5V до +15V.
Схему можно собрать на любых четырех операционных усилителях общего назначения.
Предварительный усилитель с темброблоком.
Многие радиолюбители сроят УМЗЧ на основе микросхем-интегральных УМЗЧ, обычно предназначенных для автомобильной аудиотехники. Главное достоинство их в том, что вполне качественный УМЗЧ получается в кратчайший срок и с минимальными трудовыми затратами. Недостаток только в том, что УНЧ получается не полный, без предусилителя с регулировками громкости и тембра.
На рисунке 3 приведена схема простого предусилителя с регулятором громкости и тембра, построенного на самой распространенной элементной базе — транзисторах типа КТ3102Е
, У усилителя достаточно большое входное сопротивление, чтобы он мог работать практически с любым источником сигнала, от звуковой карты ПК и цифрового плеера, до архаичного проигрывателя виниловых дисков с пьезоэлектрической головкой звукоснимателя.
Каскад на транзисторе VT1 построен по схеме эмиттерного повторителя и служит, в основном, для повышения входного сопротивления, и снижения влияния параметров выхода источника сигнала на регулировку тембра.
Регулятор громкости — переменный резистор R3, одновременно является и нагрузкой эмиттерного повторителя на транзисторе VT1. Далее — пассивный мостовой регулятор тембра по низким и высоким частотам, выполненный на переменных резисторах R6 (низкие частоты) и R10 (высокие частоты). Диапазон регулировки 12dB.
Каскад на транзисторе VT2 служит для компенсации потерь уровня сигнала в пассивном регуляторе тембра. Коэффициент усиления каскада на VT2 во многом зависит от величины ООС, конкретно сопротивления резистора R13 (чем меньше, тем больше коэффициент усиления). Режим по постоянному току выставляется резистором R11 для каскада на VT2 и R1 для каскада на VT1.
Стереофонический вариант должен состоять из двух таких усилителей. Резисторы R6 и R10 должны быть сдвоенными, что бы регулировать тембр одновременно в обоих каналах. Регуляторы громкости можно сделать раздельными для каждого канала.
Напряжение питания 12V, однополярное, соответствует номинальному напряжению питания большинства микросхем -интегральным УМЗЧ, рассчитанных на работу в автомобильной технике.
Радиоадаптер
Вся стационарная аудиоаппаратура обязательно имеет разъемы линейного выхода и линейного входа. На линейный вход можно подать сигнал от внешнего источника, что бы использовать основной аппарат как усилитель с акустическими системами или для записи, В большинстве же портативной аппаратуры линейного входа просто нет. Единственными «средствами связи с внешним миром» являются микрофон и встроенный радиоприемник. Один мой знакомый пытался переписать сигнал с МП-3-флэш плеера на магнитную кассету одевая наушники на микрофонную «дырочку» старой портативной CD-магнитолы. Получилось ужасно. Хотя, можно было и воспользоваться встроенным FM-приемником, но для этого необходим хотя бы простейший адаптер.
Для качественной передачи стереосигнала можно использовать покупной FM-модулятор, предназначенной для беспроводного подключения к автомагнитоле внешнего источника аудиосигнала. В нем есть стереомодулятор, хороший передатчик с синтезатором частоты и, часто, встроенный МП-3 плеер с внешней флешкой или картой памяти. Ну а в простейшем случае можно сделать примитивный однотранзисторный маломощный передатчик, сигнал которого приемник сможет принять при близком к его антенне расположении передатчика. Схема адаптера показана на рисунке 4.
Схема представляет собой каскад генератора ВЧ на транзисторе VT1, работающего по ВЧ по схеме с общей базой, в базовую цепь которого подается модулирующий НЧ-сигнал.
Сигнал звуковой частоты от внешнего источника поступает на базу VT1 через конденсатор С4 и два резистора R1 и R2, служащими микшером стереоканалов. Так как схема очень простая и в ней нет никаких узлов, формирующих комплексный стереосигнал, на вход приемника поступит сигнал в монофоническом виде.
НЧ напряжение, поступая на базу транзистора VT1, изменяет не только его рабочую точку, но и емкость перехода. В результате получается смешанная амплитудно-частотная модуляция. Амплитудная модуляция эффективно подавляется в приемном тракте радиоприемника, а частотная детектируется его частотным детектором.
Частота ВЧ, на которой происходит трансляция, устанавливается контуром L1-C2. Фактически, антенны нет, — адаптер располагается в непосредственной близости от антенны приемника, и сигнал на неё поступает непосредственно с контурной катушки. Контурная катушка L1 — бескаркасная, её внутренний диаметр 10-12 мм, намотана проводом ПЭВ 1,06, всего 10 витков. Настраивать контур можно как подстроечным конденсатором, так и сжатием -растягиванием витков катушки. Питание — два элемента по 1.5V (3V).
Индикатор уровня.
Для правильного установления стереобаланса и недопущения перегрузки УНЧ и акустических систем желательно чтобы в составе УНЧ был индикатор уровня сигнала, поступающего на вход УНЧ.
С практической точки зрения, для самостоятельного изготовления, лучше всего индикатор на основе светодиодной шкалы, он и механически значительно прочнее стрелочного и проще и дешевле шкального мнемометрического.
На рисунке 5 показана схема индикатора на оба стереоканала. Он выполнен на основе микросхемы ТА7666Р
. Внутри ИМС ТА7666Р два усилителя с детекторами на выходах и по две линейки компараторов, по пять компараторов для каждого канала.
Коэффициент усиления каждого из усилителей можно устанавливать индивидуально подбором сопротивления резисторов R1 и R2. При указанной на схеме величине первая ступень светодиодов (НL1 и HL6) загорается при уровнях на входах 48 mV, вторая ступень (HL2, HL7) при 86 mV, третья ступень (HL3, HL8) при 152 mV, четвертая ступень (HL4, HL9) при 215 mV, пятая (HL5, HL10) при 304 mV. Способ отображения индикации -«Ьаг», то есть «столбик термометра», иначе говоря, чем больше сигнал, тем длиннее линейка из светящихся светодиодов. Изменить чувствительность всегда можно подбором сопротивпений резисторов R1 и R2.
На основе этой микросхемы можно сделать своеобразное свето-динамическое устройство, например, составленное из концентрических кругов ламп накаливания или светодиодных лам, например применяемых в автомобильной оптике. В этом случае потребуется дополнительные мощные выходные каскады.
На рисунке 6 показана схема выходного каскада для работы на автомобильные светодиодные лампы. Используется оптопара с фототранзистором U1, её светодиод подключается вместо индикаторного светодиода. HF1 — это автомобильная светодиодная лампа. Она мощная и для её коммутации используется мощный ключевой полевой транзистор VT1.
Гринев В.А. Журнал Радиоконструктор 06-2015
аудио Аудиотехника сабвуфер фильтр НЧ микшер
Регулятор тембра.
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.
Принципиальная схема, описание, печатная плата предварительного усилителя Солнцева
Многие радиолюбители считают, что качество звучания бытового радиокомплекса чуть ли не целиком определяется параметрами только усилителя мощности ЗЧ и акустической системы. С этим вряд ли можно согласиться. Как показывает практика, именно после появления в комплексе усилителя мощности и громкоговорителей высокого класса обнаруживаются ранее незаметные недостатки остальных узлов звуковоспроизводящего тракта: предварительного усилителя, темброблока, предусилителя-корректора проигрывателя и т. п. Доработку тракта в этом случае обычно начинают с предварительного усилителя и регуляторов громкости и тембра. И тут оказывается, что сформулировать конкретные требования к ним не так-то просто и в первую очередь потому, что нормы на параметры этих устройств во многом зависят от выбранной структурной схемы тракта.
В самом деле, предварительный усилитель, регулятор громкости и темброблок могут быть соединены в разной последовательности. Наиболее часто регулятор громкости включают либо на входе предварительного усилителя (за которым следует темброблок), либо на входе усилителя мощности (т. е. после темброблока). В первом из этих вариантов облегчается согласование устройств по уровням сигналов, исключается перегрузка отдельных каскадов, но несколько ухудшается отношение сигнал/шум, так как на вход предварительного усилителя в большинстве случаев поступает сигнал, ослабленный регулятором громкости. Кроме того, этот вариант неудобен, если предполагается введение таких режимов, как “Монитор”, независимая работа с двумя источниками сигнала и т. п.
Во втором варианте коммутация упрощается, требования к шумовым характеристикам предварительного усилителя могут быть снижены, но на первый план выдвигается его перегрузочная способность. Она в этом случае должна быть, по крайней мере, не менее 20 дБ, что не всегда выполнимо.
Возможен и компромиссный вариант, в котором регулятор громкости включен на входе усилителя мощности, а еще один, дополнительный регулятор уровня сигнала — на входе предварительного усилителя. Назначение последнего — понизить уровень входного сигнала до номинального значения. Такая структура представляется наиболее подходящей для высококачественного звуковоспроизводящего комплекса.
Многое зависит от схемных решений узлов рассматриваемой части тракта. Прежде чем их выбирать, необходимо четко ответить на следующие вопросы:
— какими (активными или пассивными) должны быть регуляторы громкости и тембра)?
— должна ли быть в регуляторе громкости тонкомпенсация?
— сколько полос должен иметь регулятор тембра?
— каковы должны быть пределы регулирования тембра?
У получивших в последние годы широкое распространение активных регуляторов громкости немало достоинств: большой диапазон регулирования, возможность применения доступных переменных резисторов группы А и т. д. Но есть и существенные недостатки: в них трудно получить нулевой уровень выходного сигнала (особенно при наличии тонкомпенсации); усилительные каскады — основа таких регуляторов — вносят в сигнал искажения, сколь бы малыми они ни были. По мнению автора, в высококачественном звуковоспроизводящем тракте должно быть возможно меньше усилительных каскадов, и с этой точки зрения пассивный регулятор громкости предпочтительнее.
Что касается активных регуляторов тембра, которые также строят на основе усилителей, то в них АЧХ формируется изменением в широких пределах глубины частотно-зависимой ООС. С точки зрения минимизации нелинейных, интермодуляционных, фазовых и динамических искажений такой режим работы нельзя считать благоприятным, поэтому использовать активные регуляторы тембра в высококачественном комплексе вряд ли целесообразно.
В регуляторе громкости желательно иметь тонкомпенсацию, так как без нее звучание на малых уровнях громкости теряет естественность. Однако входные и выходные сопротивления известных автору тонкомпенсированных регуляторов — комплексные, частотно-зависимые и изменяются при регулировании в широких пределах. Для нормальной работы такой регулятор необходимо включать в тракт через развязывающие усилители, а это, как уже отмечалось, дополнительные источники искажений сигнала. Конечно, можно предусмотреть возможность отключения тонкомпенсирующих цепей, но это усложнит коммутацию, потребует согласования характеристик регулятора с подключенными и отключенными цепями. Чтобы не усложнять задачу, от тонкомпенсации, видимо, можно отказаться, особенно, если учесть, что искажения тембра звучания при ее отсутствии будут только на малых уровнях громкости, а высококачественные фонограммы обычно слушают на уровнях, выше среднего.
Менее очевиден ответ на вопрос о необходимом числе полос регулятора тембра. Несомненно, наибольшими возможностями обладают многополосные регуляторы — эквалайзеры. Они позволяют корректировать частотную характеристику звукового давления с учетом особенностей акустической системы, помещения прослушивания, спектра фонограммы. Однако схемы эквалайзеров довольно сложны, по уровню искажений и шумовым характеристикам они значительно уступают простейшим. Кроме того, как отмечалось в [Л], в ряде случаев высокое качество звуковоспроизведения обеспечивается при подаче сигнала от источника непосредственно на вход усилителя мощности. Исходя из этого, автор считает целесообразным для оперативной регулировки тембра использовать обычный пассивный мостовой регулятор высших и низших частот, а эквалайзер вместе с другими вспомогательными устройствами (шумоподавителем, рокот-фильтром, фильтрами нижних и верхних частот и т. п.) объединить конструктивно в специальный блок, включаемый в тракт только в необходимых случаях (например, при прослушивании и перезаписи фонограмм недостаточно высокого качества) .
С учетом всего сказанного выше структура рассматриваемой части тракта вырисовывается следующей: вспомогательный регулятор (плавный или ступенчатый), ослабляющий сигнал на 20…30 дБ, предварительный усилитель с горизонтальной АЧХ и минимально возможными искажениями в рабочем диапазоне частот, пассивный мостовой регулятор тембра с небольшими (примерно ±10 дБ) пределами регулирования и пассивный нетонкомпенсированный регулятор громкости. Входные и выходные сопротивления каскадов необходимо выбрать такими, чтобы обеспечить их нормальную совместную работу. Поскольку номинальное входное напряжение усилителя мощности — 0,2 В [Л], суммарный коэффициент передачи предварительного усилителя и регулятора тембра можно выбрать равным 1, т. е. использовать первое из этих устройств только для компенсации ослабления сигнала вторым. Номинальное входное напряжение тракта в этом случае также будет равно 0,2 В, что, с одной стороны, вполне достаточно для работы с большинством источников сигнала, а с другой — позволяет подавать сигнал (с сохранением уровня) через регулятор громкости непосредственно на вход усилителя мощности (минуя предварительный усилитель и регулятор тембра).
Качественные показатели комплекса при выбранной структуре определяются по существу параметрами предварительного усилителя: его шумами, рабочим диапазоном частот, гармоническими и интермодуляционными искажениями, перегрузочной способностью. Исходя из технических характеристик усилителя мощности, нормы на параметры предварительного усилителя были установлены следующие:
Номинальное входное напряжение. В …… 0,2
Отношение сигнал/ шум, дБ, не менее ……. 80
Перегрузочная способность, дБ ……… 15…20
Номинальный диапазон частот (по сигналу максимальной амплитуды), Гц, не уже…….20…20 000
Коэффициент гармоник в номинальном диапазоне частот, %, не более ….. 0,05
Кроме того, было поставлено еще одно, дополнительное условие: включение в тракт предварительного усилителя с регулятором тембра (в положении горизонтальной АЧХ) не должно ухудшать качества звучания при субъективных экспертизах. Как выяснилось, именно это требование оказалось наиболее важным. Целый ряд устройств с очень хорошими параметрами при таких испытаниях вносили искажения, характер которых с трудом поддается описанию, но наличие их безошибочно определялось по ухудшению “прозрачности:”, “чистоты”, естественности звучания.
После длительных поисков и серии неудач был разработан усилитель на основе ОУ К574УД1А (см. рис. 1), отвечающий всем поставленным требованиям. Эксперименты показали, что коэффициент гармоник этого ОУ сильно зависит от нагрузки: пренебрежимо малый при ее сопротивлении 100 кОм и более он возрастает до 0,1 % на нагрузке 10 кОм. Отсюда был сделан вывод, что для получения достаточно низкого уровня нелинейных искажений ОУ необходимо “умощнить”. Для этой цели был выбран так называемый параллельный усилитель. От обычных он отличается тем, что искажения типа “ступенька” в нем практически отсутствуют даже без ООС. В усилителе же, охваченном ООС, коэффициент гармоник в диапазоне частот 20…20 000 Гц не превышает 0,03 % при сопротивлении нагрузки более 500 Ом. Искажения измерялись прибором С6-5. В качестве источника сигнала был использован генератор Г3-102. Коэффициенты гармоник собственно генератора и генератора с усилителем были одинаковыми. Это дает основания полагать, что фактическое значение параметра меньше 0,03%. Интермодуляционные искажения измерить не удалось из-за отсутствия необходимой аппаратуры.
Принципиальная схема предварительного усилителя с регулятором тембра приведена на рис. 2. ОУ DA1 и транзисторы VT1—VT4 образуют линейный усилитель, компенсирующий потери сигнала в регуляторе тембра (R19-R26, С8—С11), на ОУ DA2 и транзисторах VT5 — VT8 собран развязывающий усилитель, выходной сигнал которого используется для записи на магнитофон. Вообще говоря, коэффициент передачи этого усилителя желательно выбирать близким к 1. Однако поскольку умощненный ОУ как повторитель работает хуже, чем усилитель, коэффициент передачи был выбран равным 13, а для получения уровня сигнала, необходимого для записи, на входе развязывающего усилителя включен делитель напряжения R10R11. Общий коэффициент передачи усилителя с делителем — 1,8…1,9.
Мостовой регулятор тембра особенностей не имеет. АЧХ на низших и высших частотах регулируют соответственно переменными резисторами R25 и R20.
Резисторы R19, R21 предотвращают монотонный подъем и спад АЧХ с ростом частоты, в результате чего она приобретает вид, показанный на рис. 3 сплошной линией. При необходимости с помощью реле К1 регулятор тембра можно исключить из. тракта. Сигнал в этом случае снимают с делителя R27R28.
Экспериментальная проверка показала, что даже без балансировки ОУ и без конденсатора в “заземленной” ветви делителя ООС постоянная составляющая на выходе усилителей невелика и практически не снижает перегрузочной способности. В случае необходимости на входе предварительного и выходе развязывающего усилителей следует включить разделительные конденсаторы (на схеме они изображены штриховыми линиями).
Детали устройства (за исключением тех, которые входят в состав регулятора тембра) размещены на печатной плате (на рис. 4 она дана для стереофонического варианта) из фольгированного стеклотекстолита. Элементы регулятора тембра смонтированы на выводах сдвоенных переменных резисторов R20 и R25 и соединены с ней экранированными проводами. Плата рассчитана на установку постоянных резисторов МЛТ-0,25 (R7, R8, R16, R17 могут быть типа МОН-0,5), подстроечных резисторов СП4-1в (R4), конденсаторов К53-1а, КбЗ-18 (СЗ, С4), КМ-66 (С1, С2, С5-С8) и МБМ (С9-С11). Переменные резисторы R20, R25 — сдвоенные любого типа группы Б.
Кроме указанных на схеме, в усилителях можно использовать транзисторы КТ3107И, КТ313Б, КТ361В, КТ361К (VT1, VT4, VT5, VT8) и КТ312В, КТ315В (остальные). В развязывающем усилителе допустимо применение ОУ К140УД8Б, К140УД8В,а также К544УД2. Реле К1 — РЭС-60 (паспорт РС4.569.436) или любое другое с подходящими техническими характеристиками, однако в последнем случае придется изменить рисунок печатной платы. Диод VDI — любого типа с обратным напряжением более 50 В. Для соединения платы с трактом использованы стандартные разъемы МРН14-1 (номера их контактов, к которым подведены соответствующие цепи усилителей, указаны на принципиальной схеме).
Правильно смонтированное устройство в налаживании практически не нуждается. Необходимо только установить коэффициент передачи предварительного усилителя с подключенным регулятором тембра и без него. В первом случае это делают подстроечным резистором R4, во втором — подбором резистора R27.
Для питания необходим двуполярный источник напряжением ±15 В. Потребляемый от него ток зависит от примененных ОУ и в большинстве случаев не превышает 25…30 мА на оба канала. Несмотря на то, что коэффициент подавления помех по цепям питания у описанного усилителя довольно высок, желательно все же, чтобы пульсации питающих напряжений не превышали 10 мВ, так как иначе при неудачном монтаже возможно появление заметного фона. Следует также учесть, что для нормальной работы регулятора тембра сопротивление нагрузки должно быть не менее 50 кОм. При использовании устройства с усилителем мощности, описанным в [Л], это требование выполняется.
Пассивный регулятор громкости (сдвоенный переменный резистор группы В сопротивлением 100 кОм) включен между выходом устройства и входом усилителя мощности. Для регулирования стереобаланса применен еще один сдвоенный переменный резистор (100 кОм, группа А), включенный реостатом (его движок в каждом канале подсоединен к движку регулятора громкости, а один из выводов — к входу усилителя мощности).
г. Москва Ю. СОЛНЦЕВ
Более сложный предварительный усилитель
Адрес администрации сайта
Активный регулятор громкости.
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.
Конструкция и настройка.
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
Предварительный усилитель с темброблоком на TDA1524
Предварительный усилитель с темброблоком на TDA1524 собираем по схеме ниже, за исключением маленьких доработок, произведенных в хоте испытания)
Первое: добавление переменных резисторов, для синхронизации предварительного усилителя с усилителем мощности, в нашем случае это усилитель на TDA2050.
Второе: добавление двух конденсаторов на выходы. После тестирования выяснено, что они нужны, звучание получается более приятное.
Третье: я решил поменять местами громкость, баланс, ВЧ и НЧ. И сделал слева на право громкость, баланс, ВЧ, НЧ. Можно не переделывать) Это я сделал чисто под себя.
Четвёртое: чтобы не грелась моя микросхема TDA1524, я припаиваю её с низу схемы, и она получает охлаждение от корпуса.
Пятое: травлю схему в зеркальном отображении для правильной установки микросхемы.
Шестое: питать данный Предварительный усилитель с темброблоком на TDA1524 будем от переделанного блока питания от ПК питанием 10 вольт.
Сама схема, без доработок.
Схема с доработками. 2 конденсатора и 2 переменных резистора на выходы.
Прекрасно, приступаем к рисованию платы.
Схема с доработками.
Добавленные конденсаторы и переменные резисторы. Чуть не забыл, я продублировал выход (сделал выход на индикацию), от него я буду выводить сигнал на индикаторы громкости, но об этом в отдельной статье.
Изначально конденсаторы замкнуты, это я сделал для тестирования.
Тестировал, один канал оставил с подключенным конденсатором, второй оставил без него и проверил, с конденсатором получше, запаял второй. Так что не забудьте разорвать дорожку под конденсаторами.
Также в данной схеме перевёрнуты резисторы громкости, баланса, ВН и НЧ.
Печатаю на текстолит зеркально и микросхему ставлю со стороны дорожек.
Соответственно, у меня громкость самая первая с левой стороны, чтобы сделать плату с громкостью с правой стороны, необходимо поменять местами левые на правые контакты переменных резисторов. Если этого не сделать, у вас громкость будет увеличиваться в обратную сторону.
.
Травим, залуживаем, впаиваем.
Рекомендую, до впаивания деталей, проверить все дорожки мультиметром на контакт.
Часто бывает так, вроде дорожка есть, а она нерабочая или с огромным сопротивлением.
Предварительный усилитель с темброблоком на TDA1524 готов, сборку в корпус из-под очередного мёртвого DVD сделаем сразу с индикаторами громкости.
Будем использовать для них наш сделанный выход на предусилителе. Запитаем переделанным блоком от ПК. Сделаем вход и выход. Поместим в корпус.
Список элементов:
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»
