В статье “Предварительный усилитель с претензией на Hi-End!” мы представили конструкцию Дугласа Селфа, которая обладала очень высокими характеристиками и богатым функционалом.
Но, судя по отзывам наших читателей, балансные входы и выходы, столь популярные в профессиональной аппаратуре, у радиолюбителей востребованы меньше. Да и регулятор тембра у аудиофилов не в почёте. Кроме того, Дуглас Селф пытался получить ультра низкие показатели шумов и искажений, используя доступную и дешёвую элементную базу. Из-за этого конструкция получилась относительно сложной.
Сегодня микросхемы нового поколения, которые обладают гораздо лучшими характеристиками, стали вполне доступны для радиолюбителей, что позволяет существенно упростить схему без ухудшения её параметров.
Представляем вам предварительный усилитель конструкции Питера Смита.
Дискретный или интегральный.
Изначально была идея сделать усилитель работающий в классе “А” на дискретных элементах, полагая что это лучший способ получить минимальные значения искажений и шумов. Однако, такая конструкция из-за большого количества элементов может оказаться сложной для повторения, да и по размерам она будет существенно больше, чем конструкции с применением операционных усилителей, а значит, будет более чувствительная к внешним шумам и помехам.
Типовые и популярные до сих пор операционные усилители NE5534 и LM833 тоже не подошли, так как на сегодняшний день их параметры не достаточно высокие.
Более современные, не дорогие и доступные ОУ серии Burr-Brown (Texas Instruments) OPA134 позволяют получить уровень искажений 0,00008% на частоте 1 кГц! Это более чем на порядок (в 25 раз) лучше параметров операционных усилителей упомянутых выше. Кстати, выходные каскады этих ОУ не работают в режиме класса А, несмотря на их отличную линейность. Документация от производителя не раскрывает секрет, как удалось достичь этих впечатляющих результатов.
Эти микросхемы и решено было использовать в конструкции.
Технические характеристики предварительного усилителя:
- Диапазон частот (абсолютно плоский) 10 Hz — 20 kHz,
- Максимальный входной сигнал………………………… 2.9V RMS (9.5V RMS на выходе)
- Входное сопротивление………………………………………………………………~90 кОм
- Выходное сопротивление……………………………………………………………..100 Ом
- Гармонические искажения…………………………………. <0.0005%
- Сигнал/шум……………………………………………… -102 dB
- Разделение каналов……………….. -96 dB на частоте 1 kHz, -73 dB на частоте 10 kHz
- Проникновение между входами. . -110 dB на частоте 1 kHz, -93 dB на частоте 10 kHz
Внимание! Заявленные характеристики можно получить только при соблюдении всех рекомендаций авторов по выбору элементов, монтажу и конструктивных особенностей усилителя.
Можете сравнить характеристики этого предварительного усилителя с вариантом Дугласа Селфа.
Прослушивание усилителя
По субъективным ощущениям звук просто сенсационный. Мощный стабильный бас, красивый СЧ диапазон и тонкие прозрачные верха. Поскольку радиаторы не самые большие, даже средняя громкость долгого прослушивания заставляет их заметно теплеть.
Вообще когда речь идет о радиаторах, их недостатком является не только то, что они слишком малы, но и то что каждый транзистор находится на отдельной пластине. Силовые транзисторы и транзистор с компенсацией тока покоя должны находиться на одном радиаторе и следовательно иметь одинаковую температуру, чтобы компенсировать изменения их параметров под воздействием тепла. В качестве транзистора для стабилизации тока покоя можно взять BD139 — его будет проще крепить к радиатору.
Максимальная мощность 150 Вт — но это предел. Здесь же 100 Вт может быть взята как долгоиграющая. При 2×38 В приблизительная мощность составляет 2×50 Вт / 8 Ом на канал. Это также зависит и от самого усилителя мощности (контроль уровня напряжения). При 2×30 В на нагрузке снимаем 2 x 25 Вт / 8 Ом.
Функционал.
Первая проблема при проектировании предварительного усилителя связана с коммутатором входов. Считается, что меньше искажений получается при использовании галетного переключателя. Но, если расположить переключатель на лицевой панели, то от входных разъёмов, установленных на задней панели усилителя, к переключателю будут идти длинные проводники, что ухудшит уровень шумов. Если переключатель расположить ближе к задней стенке усилителя, то потребуется механический удлинитель для переключения. Это усложнит конструкцию и сделает невозможным использование дистанционного управления.
Поэтому было решено в коммутаторе входов использовать качественные электро-механические реле. Если для каждого входа использовать отдельное реле, это даст минимальные перекрёстные искажения и шумы.
Мы также решили снабдить предварительный усилитель модулем усилителя для наушников. Обычно для прослушивания через наушники используют (основной) усилитель мощности. Но зачем задействовать мощный аппарат, если требуется всего несколько миллиВатт?
В нашей конструкции усилитель для наушников выполнен в виде отдельного модуля (устанавливается по желанию), а выход предварительного усилителя переключается на него с помощью реле.
Установка микросхемы TDA7294
В зависимости от применяемой микросхемы на плате устанавливается перемычка в нужной позиции.
Установка перемычки TDA7294 или TDA7293
Если перемычка установлена в положение TDA7293, то пустую квадратную контактную площадку с надписью TDA7294 можно залить припоем.
Заливка контактной площадки
Так будет совсем-совсем немного, но лучше.
Микросхема должна быть установлена на радиаторе площадью не менее 700 квадратных сантиметров. При установке микросхемы на радиатор необходимо использовать термопасту. Радиатор должен свободно охлаждаться воздухом.
Важно! Корпус микросхемы соединен с минусом источника питания, поэтому, чтобы избежать короткого замыкания источника питания, надо либо устанавливать микросхему через изолирующую прокладку (и изолировать винт, которым микросхема крепится к радиатору), либо надежно изолировать радиатор от корпуса.
В первом варианте микросхема охлаждается немного хуже. Во втором есть возможность случайно замкнуть радиатор, находящийся под напряжением, на корпус.
Поступайте так, как вам удобнее.
На один радиатор можно установить несколько микросхем, при этом площадь радиатора увеличить в столько раз, сколько микросхем на него установлено. Но провода питания при этом должны подходить к каждой из плат усилителя. Нельзя «пускать питание» от одной микросхемы к другой через радиатор! Тот факт, что фланец микросхемы соединён с минусом питания не означает, что микросхема может получать энергию питания через свой фланец!
Крепить плату к радиатору можно просто прикрутив к нему микросхему. Этот способ применим, если на плате не используются тяжелые экзотические компоненты и если при эксплуатации усилителя отсутствует вибрация. Пример такого крепления платы в корпусе усилителя показан на странице Четырехканальный усилитель.
Габариты платы и присоединительные размеры показаны на рисунке. Фланец микросхемы выступает за габариты платы на 1…2 миллиметра в зависимости от того, как микросхема сориентирована при пайке.
Для более надежного крепления можно использовать специальное крепежное отверстие под винт с резьбой М3. Это отверстие изолировано от схемы.
Принцип использования этого отверстия довольно прост, главное, чтобы ничего не замкнуло.
Идея крепления
Принципиальная схема
Предусилитель состоит из двух идентичных каналов. На всех схемах будет представлен левый канал. Кроме того схема разделена на две секции: коммутатор входов и непосредственно сам усилитель.
Принципиальная схема коммутатора входов:
Увеличение по клику
В конструкции предусмотрено 5 входов RCA для подключения различных устройств. Они обозначены «CD», «DVD» и «TAPE» (разумеется можете обозвать их по-своему). Шестой разъём (CON13) служит для прямой трансляции сигнала с выбранного входа. Эта функция подсмотрена в промышленных аппаратах и была актуальна в эпоху магнитной записи. Может кому-то и сегодня пригодится.
Реле коммутатора управляются транзисторами и запитаны от источника с напряжением +5В. Общий провод (земля) этого источника не связан с общим проводом источника питания самого предварительно усилителя (на схеме они имеют разные обозначения). Это сделано для снижения помех при коммутации.
Реле срабатывают при подключении базы управляющего транзистора к общему проводу. В самом простом случае для управления можно использовать галетный переключатель.
Увеличение по клику
На схеме также показаны реле RLY6 и RLY7 и их цепи управления. Они служат для коммутации выходного сигнала усилителя, но об этом мы расскажем позже.
Схема простого микрофонного предусилителя на одном транзисторе
Данная схема микрофонного предусилителя работает как с динамическим, так и с электретными микрофонами.
Динамические микрофоны по конструкции схожи с громкоговорителями. Акустическая волна оказывает воздействие на мембрану и на прикрепленную к ней акустическую катушку. В момент колебания мембраны, в катушке, находящейся под воздействием магнитного поля постоянного магнита, образуется электрический ток.
Работа электретных микрофонов базируется на возможности определенных видов материалов с повышенной диэлектрической проницаемостью (электретов) менять поверхностный заряд под воздействием акустической волны. Данный тип микрофонов отличается от динамического высоким входным сопротивлением.
При использовании электретного микрофона, для смещения напряжения на микрофоне, необходимо установить сопротивление R1
микрофонный усилитель на одном транзисторе
Поскольку эта схема микрофонного усилителя для динамического микрофона, то при использовании электродинамического микрофона его сопротивление должно быть в диапазоне от 200 до 600 Ом. При этом конденсатор C1 необходимо поставить до 10 мкф. Если это будет электролитический конденсатор, то его плюсовой вывод необходимо подключить в сторону транзистора.
Питание осуществляется от батареи крона или же от стабилизированного источника питания. Хотя лучше от батареи, чтобы исключить шумы. Биполярный транзистор BC547 можно заменить на отечественный КТ3102. Конденсаторы электролитические на напряжение 16 вольт. Для предотвращения помех, подключать предусилитель к источнику сигнала и к входу усилителя необходимо экранированным проводом. Если необходимо дальнейшее мощное усиление звука, то можно собрать усилитель на микросхеме TDA2030.
Усилительная часть
Основное усиление в схеме обеспечивается двумя сдвоенными операционными усилителями от Burr-Brown OPA2134 (IC1 и IC2).
Увеличение по клику
Аудиосигнал от выбранного источника поступает на вход первого операционного усилителя (IC1a). Простой фильтр нижних частот, сформированный резистором 1,2 кОм и конденсатором 56 пФ, ослабляет радиочастоты на входе ОУ. Здесь можно использовать относительно большое значение резистора, благодаря чрезвычайно высокому (10 ТераОм) входному сопротивлению OPA2134 (входная цепь реализована на полевых транзисторах).
Усиление напряжения этого каскада составляет около 3,3 (10,5 дБ) и определяется номиналами резисторов в цепи обратной связи (4,7 кОм и 2 кОм).
Резистор 4,7 кОм совместно с конденсатором 220 пФ образуют цепь частотной коррекции для повышения устойчивости усилителя во всём диапазоне частот.
Сигнал с выхода IC1a (вывод ОУ 1) поступает через неполярный конденсатор ёмкостью 22 мкФ на регулятор громкости. Им служит переменный резистор номиналом 10 кОм.
С выхода (движка) регулятора громкости сигнал, также через неполярный конденсатор, поступает на вход второго каскада (IC1b). Благодаря применению конденсаторов устраняются неприятные шорохи и трески при регулировании громкости.
Второй операционный усилитель используется в качестве буфера с единичным усилением, что позволяет усилителю стабильно работать с любой низкоомной нагрузкой, независимо от уровня громкости.
Выход ОУ подключён к выходным разъёмам через неполярный конденсатор, резистор номиналом 100 Ом и ферритовую “бусинку”. Это позволяет сделать выход усилителя нечувствительным к ёмкости межблочного кабеля, входному импедансу усилителя мощности и защищает от радиопомех, которые через цепи обратной связи могут проникнуть на вход усилителя.
Подборка предварительных усилителей для DIY аудио проектов с Aliexpress
Сегодняшний посвящен платам предварительных усилителей для самодельных звуковых усилителей мощности. Предварительный усилитель нужен, если у основного усилителя малый коэффициент усиления, да и он добавляет удобства эксплуатации основного усилителя. Там бывает интегрирован темброблок, селектор входов, дистанционное управление и пр.
Рассмотрим несколько популярных вариантов плат предварительных усилителей (аналоговых и цифровых) на площадке AliExpress у продавцов с большим количеством заказов.
AIYIMA A1
Узнать цену
Открывает подборку простой схематически и недорогой вариант от AIYIMA. Предварительный усилитель A1 построен на паре ОУ NE5532. Операционные усилители установлены в «кроватках», и при необходимости легко заменяются на свои более качественные.
Размеры собранной платы: 92х50х28 мм. Текстолит 1.6 мм. Питание устройства: 12-25 В переменного напряжения со средней точкой. Есть индикаторный светодиод. Вход и выход сигнала и питание организовано на винтовых клеммах.
WEILIANG AUDIO
Узнать цену
Далее, похожий вариант предварительного усилителя с интегрированным переменным резистором для регулировки уровня громкости. Тут, кстати, «переменник» фирмы Alps, модель 27. Либо можно выбрать вариант без переменного резистора.
Предварительный усилитель построен на одном ОУ NE5532 (заменяемый) с металлическим экраном. Питание схемы 12-18 В переменного напряжения со средней точкой.
Размер платы небольшой: 70х64 мм.
HEI
Узнать цену Вариант на 2-х ОУ
Еще очень бюджетный вариант «преда» на одном ОУ NE5532, но только тут нет регулировки уровня громкости, зато удобное питание 12-35 В DC.
ОУ NE5532 можно заменить на любой (более качественный) в корпусе DIP8. Подключение проводов организованы на клеммных колодках.
Плата компактная (50х40 мм), легко встроить в любой аудио проект. Есть вариант на паре ОУ.
SURE AA-AB41148
Узнать цену
Цифровой вариант предварительного усилителя с выносной регулировкой громкости энкодером от Sure Electronics. Качественные комплектующие, удобные подключения на разъемах разных типов.
Управляет усилением и громкостью микросхема PGA2311 (THD+N: 0.0006%), регулировка в пределах -95.5 до 10 дБ с шагом 1,5 дБ.
Питание устройства 8-15 В DC. Основная плата размером 122 x 91.6 мм и плата с энкодером 51 x 38.2 мм.
YJ PGA2311
Узнать цену
Еще один цифровой вариант на микросхеме PGA2311. Тут реализация от YJ включает в себя селектор входов (3 шт.), регулятор громкости на нажимном энкодере и достаточно крупный экран (128х64). А так же в комплекте мини пульт ДУ.
Предварительный усилитель состоит из трех частей, связанных шлейфами: основная плата с селектором входов на реле (102х55 мм), плата с экраном (75х46 мм) и энкодер для управления.
Питание устройства переменное со средней точкой 6-10 В.
AIYIMA LC75342
Узнать цену
Похожий блочный вариант предварительного усилителя с пультом ДУ. Но этот вариант от AIYIMA построен на микросхеме LC75342 от SANYO. Регулировка громкости -79 до +20 дБ с шагом 2 дБ. А еще она имеет встроенный темброблок. Усиление 30 дБ.
В этой реализации есть небольшой экран (1602) и селектор на 4 входа на разъемах RCA. Имеется память настроек.
Питание устройства переменным напряжением 12-15 В со средней точкой.
GZLOZONE NJW1194
Узнать цену
Набор от GZLOZONE с регулировкой громкости на качественной микросхеме NJW1194 (THD 0.0015%). Диапазон регулировки: -80 +20 дБ. А так же темброблок ВЧ и НЧ по 10 дБ. В лоте есть выбор: набор для сборки или готовые платы. В комплекте небольшой, но стильный пульт ДУ.
Размеры основной платы всего 68х68 мм. Туда же подключаются четыре входа, есть селектор. Питание 9-0-9 В переменного напряжения. Управление двумя энкодерами, дисплей двухсекционный.
A8
Узнать цену
Завершает подборку классический аналоговый предварительный усилитель с регулировками тембра. Модель A8 построена на трех ОУ JRC5532 (с возможностью замены). Громкость регулируется переменным резистором ALPS27, есть даже тумблер включения. В целом, подобраны качественные комплектующие.
Регулировка тембра по трем полосам: НЧ-СЧ-ВЧ.
Размеры платы 270х60 мм, питание 12-18 В переменного напряжения со средней точкой.
Надеюсь, подборка плат предварительных усилителей была полезна и Вы выберете себе вариант на свой вкус и бюджет.
Приятных покупок! Не забывайте применять купоны и скидки площадки AliExpress.
Согласование импеданса
Как уже упоминалось, второй ОУ IC1b сконфигурирован для единичного усиления, поэтому его выход (вывод 7) должен быть подключен к его инвертирующему входу (вывод 6). Тем не менее в цепи ООС показан резистор R1. Для уменьшения искажений “видимое” сопротивление по инвертирующему и неинвертирующему входам должны быть равны. Однако, к одному входу подключен регулятор громкости, сопротивление которого меняется.
Если вместо R1 установить перемычку, то уровень искажения будет всё равно очень низкий, см. графики характеристик. Если есть желание предельно минимизировать искажения, замерьте сопротивление регулятора громкости в том положении, в котором вы слушаете музыку чаще всего и именно такого номинала установите резисторы R1 (R2).
Конечно, для этого сначала потребуется установить перемычки и провести несколько тестовых прослушиваний на вашем тракте и после этого… есть подозрение, что вы не захотите менять перемычки на сопротивления.
Коммутация выходных цепей
В конструкции предусмотрено переключение выхода предварительного усилителя между выходными разъёмами RCA на задней панели конструкции и клеммной колодкой (CON6), которая предназначена для подключения усилителя для наушников.
Два реле (RLY6 и RLY7) неиспользуемые выходы подключают к земле. Реле управляются с помощью контактов, расположенных внутри гнезда для наушников. Поэтому переключение происходит автоматически при подключении штекера головных телефонов.
Диод, конденсатор и резисторы включены в базовую цепь управляющего транзистора Q6 служат для задержки переключения реле, чтобы исключить неприятные щёлчки при коммутации.
Источник питания
Для получения высоких заявленных характеристик мы разработали малошумящий источник питания для предварительного усилителя.
Увеличение по клику
Он обеспечивает стабилизированные выходные напряжения ± 15 В и + 5 В для самого предварительного усилителя и дополнительных блоков. Плата блока подключена к трансформатору с выходным напряжением переменного тока ~15В (две обмотки). Диодный мост (D1-D4) и два конденсатора по 2200мкФ выпрямляют и фильтруют переменное напряжение и обеспечивают примерно ± 21 В постоянного напряжения. Регулируемые стабилизаторы LM317 и LM337 выдают на выходе ± 15 В благодаря резисторам 100 Ом и 1,1 кОм, подключенным к выводам «OUT» и «ADJ».
Мы использовали регулируемые стабилизаторы, потому что их управляющие выводы «ADJ» можно «оторвать» от земли, чтобы улучшить подавление пульсаций, что мы сделали с использованием конденсаторов 10 мкФ. Защитные диоды (D5 и D7) обеспечивают разрядный путь для конденсаторов, если выход случайно замыкается на землю.
Два диода (D6 и D8) в обратном включении защищают выход каждого плеча в случае неисправности другого.
Стабилизатор на фиксированное выходное напряжение 7805 (REG3) используется для получения напряжения + 5V. Резистор номиналом 100Ом служит для снижения рассеиваемой мощности на микросхеме стабилизатора. Этот резистор не так важен для модуля предварительного усилителя, но существенно облегчит тепловой режим стабилизатора при подключении дополнительных блоков.
Поскольку от источника питания +5В потребляется дополнительная мощность только положительной полярности, для балансировки плеч выпрямителя в отрицательное плечо включен резистор номиналом 330Ом, который обеспечивает одинаковую скорость разряда конденсаторов фильтра при выключении.
Продолжение следует…
Удачного творчества!
Стать подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день» Вольный перевод статьи — Главный редактор «РадиоГазеты».
