Не мечтай, действуй!
Эксперименты с различными предварительными усилителями, регуляторами громкости и тембра показали, что наилучшее качество звучания обеспечивается при минимальном количестве усилительных каскадов, с пассивными регуляторами. При этом регулировки на входе усилителя мощности нежелательны, так как приводят к увеличению уровня нелинейных искажений комплекса. Данный эффект сравнительно недавно обнаружил известный разработчик аудиоаппаратуры Дуглас Селф [1].
Таким образом, вырисовывается следующая структура этой части звукоусилительного тракта: — пассивный мостовой регулятор низших и высших частот, — пассивный регулятор громкости, — предварительный усилитель с линейной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) и минимальными искажениями в рабочем диапазоне частот. Очевидный недостаток регулировок на входе предварительного усилителя – ухудшение соотношения сигнал/шум в значительной степени нивелируется высоким уровнем сигнала современных устройств звуковоспроизведения.
Предлагаемый предварительный усилитель
может применяться в высококачественных стереофонических усилителях звуковой частоты. Регулятор тембра позволяет корректировать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) одновременно по двум каналам в двух частотных областях: нижней и верхней. В результате учитываются особенности помещения и акустических систем, а также личные предпочтения слушателя.
Содержание / Contents
- 1 И снова немного истории
- 2 Расчет пассивных мостовых регуляторов тембров
- 3 Высококачественный регулятор тембра
- 4 Пассивный упрощенный регулятор тембра
- 5 Расчет регулятора тембра с помощью программы Е. Москатова
- 6 Регулятор тембра с небольшим диапазоном регулировок
- 7 Делаем «правильный» регулятор тембров
- 8 Предварительный усилитель для «студенческого» УМЗЧ
- 9 Детали
- 10 Монтаж и налаживание
- 11 Характеристики предварительного усилителя:
- 12 Файлы
- 13 Упомянутые источники
Селектор входов
Как упоминалось ранее, каждый вход RCA переключается с помощью шины управления (разъём CON4). Для включения входа соответствующий контакт надо соединить с землей (GND). В следующих статьях мы опишем конструкцию блока дистанционного управления усилителем (только если будет интерес читателей!).
Но дешевле и проще (или хотя бы временно) для коммутации входов использовать галетный переключатель. Для этого потребуется однополюсный 5-позиционный галетный переключатель и кабель для его подключения.
Так как по кабелю аудиосигнал не передаётся, то его длина и расположение в корпусе не критичны.
Увеличение по клику
↑ И снова немного истории
Первым претендентом на роль предварительного усилителя с регулятором тембра стала схема Д. Стародуба (рис. 1) [2]. Но конструкция так и не «прижилась» в усилителе мощности: требовалась тщательная экранировка и источник питания с чрезвычайно малым уровнем пульсаций (порядка 50 мкВ). Однако главной причиной стало отсутствие ползунковых переменных резисторов.
Рис. 1. Схема высококачественного блока регуляторов тембра
Путем проб и ошибок я пришел к простой схеме предварительного усилителя (рис. 2), с которой, однако, система звуковоспроизведения намного превзошла в звучании серийно выпускавшуюся аппаратуру, по крайней мере, имевшуюся у моих друзей и знакомых.
Рис. 2. Принципиальная схема одного канала предварительного усилителя для УМЗЧ С. Батя и В. Середы
За основу взята схема предварительного усилителя стереофонического электрофона Ю. Красова и В. Черкунова, демонстрировавшегося на 26 – й Всесоюзной выставке радиолюбителей – конструкторов. Это левая часть схемы, включая регуляторы тембра.
Появление каскада на транзисторах разной проводимости в предварительном усилителе (VT3, VT4) связано с обсуждением усилителей с преподавателем лаборатории телевизионной техники на кафедре Радиосистем А. С. Мирзоянцем, с которым я работал, будучи студентом. В ходе работ понадобились линейные каскады для усиления телевизионного сигнала, и Александр Сергеевич сообщил, что по его опыту наилучшими характеристиками обладают структуры «шиворот – навыворот», как он выразился, то есть усилители на транзисторах противоположной структуры с непосредственной связью. В процессе экспериментов с УМЗЧ я выяснил, что это касается не только телевизионной техники, но и звукоусилительной. Впоследствии я часто применял подобные схемы в своих конструкциях, в том числе пары полевой транзистор – биполярный транзистор.
Попытка применить транзисторы разной структуры в первом каскаде (составном эмиттерном повторителе VT1, VT2) не принесла успехов, т. к. при всех замечательных характеристиках (низком уровне шума, малых искажениях) схема имела существенный недостаток – меньшую перегрузочную способность по сравнению с эмиттерным повторителем. Характеристики предварительного усилителя:
Входное сопротивление, кОм=
300
Чувствительность, мВ=
250
Глубина регулировок тембра, дБ: на частоте 40 Гц=±
15
на частоте 15 кГц=±
15
Глубина регулировок стереобаланса, дБ=±
6
Поскольку в ходе конструирования усилителей возникали новые идеи, старые конструкции я дарил кому-нибудь, или продавал по твердому курсу ватт выходной мощности / рубль. В одну из поездок в Ленинград я захватил с собой этот усилитель, чтобы продать его знакомому друга. Володька сказал, что у этого парня куча всякой западной техники, и увез аппарат к нему на прослушивание. Вечером он сообщил мне результаты: молодой человек включил усилитель, послушал пару вещей и был так удовлетворен звучанием, что без слов отдал положенные деньги.
Честно сказать, когда я узнал, что сравнение будет проходить с импортной техникой, особенно не надеялся, что усилитель произведет впечатление. К тому же, он не был до конца доделан – отсутствовали верхняя и боковые крышки.
Рассмотрим принципиальную схему одного канала предварительного усилителя (рис. 2). На входе установлены высокоомные регуляторы громкости (R2.1) и баланса (R1.1). Со среднего вывода резистора R2.1 через переходной конденсатор С2 звуковой сигнал поступает на составной эмиттерный повторитель VT1, VT2, необходимый для нормальной работы пассивного регулятора тембра, выполненного по мостовой схеме. Для того чтобы устранить вносимое темброблоком затухание и усилить сигнал до необходимого уровня, установлен двухкаскадный усилитель на транзисторах VT3, VT4.
Питание предварительного усилителя нестабилизированное, от положительного плеча усилителя мощности. На каскады VT3, VT4 питающее напряжение подается через фильтр R17, C10, C13, а на входной эмиттерный повторитель — R8, C4. Важную роль играет диод VD1: без него не удалось полностью устранить фон переменного тока частотой 100 Гц на выходе усилителя мощности.
Конструктивно предварительный усилитель выполнен в «линейку», все детали установлены на печатной плате, закрытой сверху П-образным экраном из стали толщиной 0,8 мм.
↑ Печатная плата, компоновка
Печатная плата разработана давно (как и сам предварительный) и рассчитана на установку ОУ TL071, NE5534, ОРА134
. Все переменные резисторы регулировок тембра, громкости и баланса, разъемы входов и выходов установлены на одной плате.
Питание ничего особенного из себя не представляет, неизвестный трансик (не тор) плюс интегральные стабилизаторы. Питание ±15 Вольт и +12 Вольт для реле — от разных обмоток транса. Фильтр питания с выпрямителями и стабилизаторы на одной плате. Трансформатор смонтирован отдельно.
Платка с сетевой кнопкой стоит возле передней панели, провода 220 Вольт идут сначала к ней, потом на предохранители и на первичку транформатора. Никаких наводок и фона нет. Управление переключением входов и режимом direct на галетном переключателе. На фото это самая левая ручка. Как видите минимум проводов, корпус почти пустой.
↑ Расчет пассивных мостовых регуляторов тембров
Наиболее распространенной является комбинированная схема регуляторов нижних и верхних частот. Как видно из аппроксимированной логарифмической амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) регулятора тембра (рис. 3), в области средних частот f0≈1000 Гц передаточная функция остается неизменной, а на краях частотного диапазона ее можно регулировать в некоторых пределах.
Рис. 3. Амплитудно-частотные характеристики регуляторов нижних и верхних частот
Обычно величины подъема и спада и их частоты регулирования делают одинаковыми. На рис. 3 приняты следующие обозначения: fнр, fвр – соответственно, нижняя и верхняя частоты регулирования, fнп, fвп – нижняя и верхняя частоты перегиба АЧХ, f0 – частота раздела. Для того чтобы регуляторы нижних и верхних частот не влияли друг на друга, необходимо выполнение условий не перекрытия зон регулирования
fнп < f0 < fвп В практических схемах пассивных регуляторов тембра величины подъема и спада АЧХ составляют ±(8…20) дБ, нижняя частота регулирования равна fнр=(20…80) Гц, а верхняя частота регулирования fвр=(5…18) кГц. Недостатком пассивных корректоров тембра является большое собственное затухание, превышающее полный коэффициент регулирования – (16…40) дБ.
Соединения
Прежде чем подключать плату блока питания к плате предварительного усилителя, следует проверить работу блока питания. Установите в корпус сетевой трансформатор и смонтируйте его защитный экран.
Для получения заявленных параметров по шуму и фону необходимо расположить трансформатор как можно дальше от платы усилителя.
Рекомендуется использовать тороидальный трансформатор ввиду его низкого уровня электромагнитных излучений.
Так же рекомендуется использовать металлический корпус для всей конструкции в целях защиты от внешних помех и излучений. Не забудьте подключить к корпусу заземление, чтобы обеспечить максимальную защиту и безопасность.
Для проверки блока питания достаточно измерить его выходные напряжения на клеммах CON1, CON2, CON3. При исправном блоке питания эти напряжения должны быть +15В, -15В и +5В в пределах ± 5%.
↑ Высококачественный регулятор тембра
В высококачественной аппаратуре нашел применение пассивный регулятор нижних и верхних частот, показанный на рис. 4 [3, 4].
Рис. 4. Высококачественный пассивный регулятор тембра
Здесь элементы R1 – R3, C1, C2 образуют пассивный частотно – зависимый корректор нижних частот; R5 – R7, C3, C4 – корректор верхних частот. Включенный между регуляторами резистор R4 является развязкой, уменьшающей влияние регуляторов друг на друга. Конденсатор C0 служит для развязки по постоянному току.
Для расчета регулятора тембра, приведенного на рис. 4, мною подготовлен файл в табличном процессоре Microsoft Excel. На рис. 5 показан скриншот рабочего листа таблицы (без прилагаемого здесь же графического материала). В ячейки, закрашенные светло – синим цветом заносятся исходные данные, в ячейках таблицы, залитых оранжевым цветом, размещены результаты расчета. В начале расчета выберем величины сопротивлений переменных резисторов R2 и R7 в килоомах, далее заносим диапазон регулировок нижних и верхних частот в децибелах. Как только запишем в оставшиеся три ячейки светло – синего цвета частоты fнр, fвр и fн, сразу увидим результаты расчета всех остальных элементов регулятора. Останется только привести их к ближайшим значениям из выбранного стандартного ряда Е24 или Е48.
Рис. 5. Расчет регулятора тембра с помощью электронной таблицы Microsoft Excel
Контрольный пример №1
. Рассчитаем с помощью электронной таблицы пассивный регулятор тембра с пределами регулирования АЧХ ±20 дБ, рис. 11.2.3 [3]. Исходные данные: R2=R7=100 кОм, fнр=50 Гц, fвр=10000 Гц. Получаем: R1=R5=10 кОм, R3=R6=1 кОм, R4=10 кОм, C1=0,032 мкФ, C2=0,318 мкФ, C3=0,0159 мкФ, C4=0,159 мкФ, C0=0,16 мкФ. Округляем до ближайшего номинала: R1=R5=10 кОм, R3=R6=1 кОм, R4=10 кОм, C1=0,033 мкФ, C2=0,33 мкФ, C3=0,015 мкФ, C4=0,15 мкФ, C0=0,15 мкФ.
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»
↑ Пассивный упрощенный регулятор тембра
На практике, пожалуй, большее распространение получила еще одна схема пассивного регулятора тембра, с упрощенным регулятором верхних частот (рис. 6) [5-7].
Рис. 6. Схема упрощенного пассивного мостового регулятора тембра
Расчет такого регулятора с помощью таблиц и номограмм предложен Л. Ривкиным [5]. Я переложил методику Л. Ривкина на язык табличного процессора Microsoft Excel, позволившего обойтись без номограмм, не совсем удобных в использовании и снижающих оперативность расчетов. Скриншот листа таблицы Excel с примером расчета показан на рис. 7. Здесь действуют все соглашения, приведенные выше.
Рис. 7. Расчет упрощенного пассивного мостового регулятора тембра
Контрольный пример №2.
Рассчитаем регулятор тембра с пределами регулировок ±17 дБ, R2=R5=47 кОм, fнр=30 Гц, fвр=18000 Гц. Получаем: R1=4,673 кОм, R3=470 Ом, R4=4,7 кОм, C1=0,114 мкФ, C2=1,133 мкФ, C3=1916 пФ, C4=0,019 мкФ. Выбираем из стандартного ряда Е24: R1=4,7 кОм, R3=470 Ом, R4=4,7 кОм, C1=0,1 мкФ, C2=1,0 мкФ, C3=2000 пФ, C4=0,022 мкФ.
Следует напомнить, что для обеспечения расчетной глубины регулировки тембра необходимо, чтобы сопротивление нагрузки регулятора тембра было намного больше его выходного сопротивления Rнрт≥(5…10)Rвыхрт≈(5…10)[R1R3/(R1+R3)+R4], а внутреннее сопротивление источника сигнала намного меньше входного сопротивления регулятора: Rвыхис≤(0,1…0,2)Rвхрт≈(0,1…0,2)(R1+R3).
↑ Расчет регулятора тембра с помощью программы Е. Москатова
Для частного случая глубины регулировок ±20 дБ, частот регулировки fнр=72 Гц, fвр=16000 Гц Евгением Москатовым из города Таганрога разработана программа «Timbreblock 4.0.0.0» (рис. 8).
Рис. 8. Вид окна программы Е. Москатова «Timbreblock 4.0.0.0» [8]
Результаты расчета для различных значений сопротивлений переменных резисторов регулятора тембра сведены в табл. 1.
