Качественный предварительный усилитель с темброблоком


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

↑ 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.

Мой HTPC проект

30.01.2014

Предварительный усилитель должен выполнять три задачи – «подгонять» уровень входного сигнала до требуемого усилителем мощности, осуществлять коммутацию сигналов от нескольких источников и согласовывать их выходное сопротивление с входным сопротивлением усилителя. Последний момент весьма важен для обеспечения низкого уровня искажений сигнала. При этом, предварительный усилитель сам должен вносить минимальные искажения и минимальную окраску в звук. Поэтому, к выбору схемотехнического решения предварительного усилителя нужно подходить ответственно.

предварительный усилитель

Разработка схемотехники устройств такого уровня – удел аудиоинженеров с глубоким академическим образованием и обширным многолетним опытом. Поэтому мой выбор схемы предварительного усилителя для аудиокомплекса «Asgard» пал на одну из конструкций Дмитрия «Lynx» Андронникова, пользующегося заслуженным авторитетом среди любителей качественного звука. Это изделие Lynx P05, схему и описание которого можно изучить на сайте автора.

Я внёс в схему минимальные изменения: исключил цепи задержки включения реле и добавил коммутатор выходов, чтобы можно было переключать сигнал на несколько разных усилителей. Также добавлена цепь питания реле коммутатора от отдельной обмотки трансформатора и ещё одна мелочь, о которой ниже.

Питание предусилителя организовано на трансформаторе ТП226-127/220-50, сетевое напряжение на который подаётся через сетевой фильтр. Трансформатор включен немного нестандартно, чтобы подогнать напряжение на вторичных обмотках под требования блока питания предусилителя. Сеть подаётся на выводы 2 и 9, выводы 6 и 5 соединены между собой. Вторичные обмотки соединяются так: 11-13, 12-14, 15-17, 16-18, 20-21. С выводов 12-13 и 16-17 снимаются напряжения ~17 В и подаются на плату питания предусилителя, а с выводов 19 и 22 берётся примерно 6 В для 5-вольтового стабилизатора питания реле коммутатора входов и выходов. Так как напряжение слишком низкое для обычного стабилизатора типа 7805, применён low dropout стабилизатор LM2940CT-5.0, а для выпрямления переменки применен мост на диодах Шоттки, у которых падение напряжения меньше. Одно из важных условий применения LM2940 – установка на выходе low-ESR конденсатора как можно ближе к выводам микросхемы. Я установил Sanyo SEPC 1500 мкФ х 6В.

Справа на фото виден сетевой фильтр и трансформатор. Цепи питания реле выполнены навесным монтажом и зафиксированы термоклеем. Я всё чаще использую при монтаже термоклей – быстро, удобно и в случае необходимости лекго удалить канцелярским ножом.

На задней панели установлены 5 пар входных разъёмов (слева) 4 пары выходных (справа) и ещё одна мелочь — две пары разъёмов для подключения лампового буфера (это четвёртый компонент аудиокомплекса Asgard). Четыре отдельных реле Takamisawa (синие на фото) включают ламповый буфер в разрыв цепи выходного сигнала, питание на них будет подаваться прямо из буфера через разъём. Т.е. включение лампового буфера в сеть будет подключать его в разрыв сигнала.

Селектор входов и выходов собран на малогабаритных 5-вольтовых реле Omron, которые коммутируются китайскими галетными переключателями. Реле приклеены к платам вверх ножками, соединения выполнены навесным монтажом. Коммутируются не только сигнальные, но и «земляные» провода.

Цепи питания предусилителя собраны на отдельной плате. Как всегда, применены компоненты лучшего качества – конденсаторы Elna, Sanyo OSCON, Panasonic, советские К73П-3, К73-11, резисторы Dale с точностью 1%.

Сам предварительный усилитель собран на небольшой плате, закреплённой вертикально на боковой стенке корпуса, чтобы максимально удалить её от прочих цепей. Питание к каждому из трёх операционных усилителей подаётся через ферритовую «бусину», на каждой ножке питания каждой микросхемы — пара из танталового конденсатора 10 мкФ и плёночного Wima 0,1 мкФ. Питание +/- 15 В приходит на плату через разъём и дополнительно фильтруется двумя low-ESR конденсаторами Sanyo SEPC (это конденсаторы с очень низким ЭПС).

Как и указано в схеме, применены операционные усилители AD811 и AD823. Все резисторы – Dale 1%.

Отдельно следует рассказать о регуляторе громкости:

Это не переменный резистор, а многоступенчатый аттенюатор – многопозиционный переключатель, вокруг контактов которого набрана цепочка из SMD-резисторов. Контакты имеют S-образную форму, поэтому при вращении регулятора громкости щелчков не слышно. Несмотря на относительно невысокую цену и страну изготовления, регулятор зарекомендовал себя отлично. Найти его можно на Ибэе по запросу «dact stepped attenuator».

Передняя панель усилителя сделана по уже отработанной технологии: печать лазерным принтером на самоклеящейся плёнке – наклеивание на пластину из ПВХ – покрытие тремя слоями акрилового лака из баллончика.

Через месяц после ежедневной эксплуатации предусилителя я измерил его характеристики с помощью звуковой карты медиацентра и программы RMAA (по такой же технологии я измерял параметры аудио-ЦАПа Asgard). Результаты измерения впечатляют:

Неравномерность АЧХ (в диапазоне 40 Гц — 15 кГц), дБ: +0.01, -0.02 (Отлично) Уровень шума, дБ (А): -104.3 (Отлично) Динамические диапазон, дБ (А): 104.4 (Отлично) Гармонические искажения, %: 0.0005 (Отлично) Гармонические искажения + шум, дБ(A): -97.0 (Отлично) Интермодуляционные искажения + шум, %: 0.0029 (Отлично) Взаимопроникновение каналов, дБ: -79.6 (Очень хорошо) Интермодуляции на 10 кГц, %: 0.0016 (Отлично) Общая оценка: Отлично

Пару слов о звуке. Я бы сказал, что усилитель не имеет никакого своего звука. Я прослушивал один и тот же музыкальный материал с предусилителем и без него, подключая ЦАП напрямую к усилителю мощности, и не заметил какой-либо окраски звука или других заметных на слух нюансов.
← Усилитель мощности
15.06.2013

↑ 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.

↑ 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.

↑ 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. ▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Расчет выполнен по следующим соотношениям: R1 = R3; R2 = 0,1R1; R4 = 0,01R1; R5 = 0,06R1; C1[нФ] = 105/R3[Ом]; C2 = 15C1; C3 = 22C1; C4 = 220C1. При R1=R3=100 кОм темброблок будет вносить затухание около 20 дБ на частоте 1 кГц. Можно взять переменные резисторы R1 и R3 другого номинала, пусть, для определенности, в наличии оказались резисторы сопротивлением 68 кОм. Несложно пересчитать номиналы постоянных резисторов и конденсаторов мостового регулятора тембра без обращения к программе или табл. 1: уменьшаем величины сопротивлений резисторов в 68/100=0,68 раза и увеличиваем емкости конденсаторов в 1/0,68=1,47 раза. Получаем R1=6,8 кОм; R3=680 Ом; R4=3,9 кОм; С2=0,033 мкФ; С3=0,33 мкФ; С4=1500 пФ; С5=0,022 мкФ.

Для плавной регулировки тембра необходимы переменные резисторы с обратной логарифмической зависимостью (кривая В). Наглядно просмотреть работу спроектированного регулятора тембра позволяет программа Tone Stack Calculator 1.3

(рис. 9).

Рис. 9. Моделирование регуляторов тембра для схемы, изображенной на рис. 8

Программа
Tone Stack Calculator
предназначена для анализа семи типовых схем пассивных регуляторов тембра и позволяет сразу показать АЧХ при изменении положения виртуальных регуляторов.

Радиосхемы Схемы электрические принципиальные

категория Аудиотехника материалы в категории Подкатегория Схемы устройств коммутации и индикации аудиосигналов и предусилителей

А. ЗЫЗЮК, г. Луцк Волынской обл., Украина Радио, 1998 год, №8

Предварительный усилитель (на рисунке показан один из каналов) используется как встроенный совместно с УМЗЧ, чувствительность которого равна 0,7 В.

Основные его параметры

Номинальное входное напряжение, В……………….0,7 Номинальное выходное напряжение, В……………….0,7 Диапазон регулировки тембра, дБ на частоте 40 Гц………….±12 на частоте 14 кГц……….±12 Коэффициент гармоник(до 20 кГц) для Uвх ном,%, не более………………..0,05 Отношение сигнал/шум (невзвешенный), дБ, не хуже……………………..85

Общеизвестна повышенная линейность полевых транзисторов; в этом они могут уступать разве что лампам и то — не всегда. Поэтому буферные каскады усилителя (истоковые повторители) и собраны на полевых транзисторах. По тому же критерию выбран и ОУ КР574УД1 — с полевыми транзисторами на входе. Для повышения максимального уровня входных сигналов и улучшения параметров в целом резисторы в повторителях заменены на генераторы тока (полевые транзисторы VT2, VT4).

Схема предварительного усилителя

Кликните по картинке для увеличения (откроется в новой вкладке)

Экспериментами установлено, что корректоры с нелинейной АЧХ, содержащие несколько каскадов усиления напряжения, более склонны к всякого рода самовозбуждению, не говоря уже о своеобразном «умножении» искажений в таких усилителях. Поэтому в данном устройстве применен всего лишь один каскад на ОУ DA1, причем преднамеренно использовано его инвертирующее включение, как более стабильное и обеспечивающее меньшие искажения.

При проверке каскадов с неинвертирующим и инвертирующим включением ОУ получены приблизительно одинаковые (по измерительным приборам) значения коэффициента гармоник. Субъективная же оценка качества звуковоспроизведения дала интересный результат: почти всеми слушателями было отмечено явное преимущество в естественности звучания усилителя с инвертирующим включением ОУ*. Некоторые из слушателей предположили, что работают различные типы ОУ! Кто не верит сказанному, может сам попробовать и удостовериться… Разумеется, если ваш УМЗЧ позволяет услышать разницу в работе этих каскадов на слух. Именно слуховой контроль, а не измерительные приборы, позволяет отобрать наиболее удачные схемотехнические решения для практических конструкций.

Устранить искажения, создаваемые интегральным p-n-р транзистором в выходном каскаде DA1, позволяет установка и подбор резистора R31. Для подбора этого резистора желательно произвести простую операцию «тестирования» ОУ перед установкой его на монтажную плату. С этой целью нужно собрать участок схемы на рисунке с резисторами R13, R14, R31 и DA1 (к выводу 6 DA1 подключить нагрузочный резистор сопротивлением 2…4 кОм). Понадобятся также генератор звуковых частот до 200 кГц и осциллограф. На левый по рисунку отвод резистора R13 подают сигнал с ГЗЧ и этим резистором устанавливают усиление КU DA1 =3.

Увеличивая сигнал ГЗЧ до уровня ограничения на выходе DA1, одновременно повышают и частоту входного сигнала, доводя ее до 100…200 кГц. Подбором резистора R31 добиваются симметричного ограничения выходного сигнала ОУ (кабель осциллографа нужно подключить к ОУ через резистор сопротивлением 0,5…1 кОм).

Этот несложный процесс позволяет выбрать из некоторого количества ОУ лучшие экземпляры, поскольку нередко в руки радиолюбителя попадают и негодные. Микросхемы очень хорошо работают и при использовании других способов перевода выходного каскада ОУ в режим класса А. Описанный же способ позволяет уменьшить коэффициент гармоник на нагрузке сопротивлением 10 кОм в 10 раз!

Необходимого усиления каскада DA1 добиваются регулировкой подстроечным резистором R13 (чем меньше входной сигнал на затворе VT1, тем больше увеличивают усиление DA1). Переключатель SA1 предназначен для ступенчатого ослабления сигнала приблизительно на 20 дБ. Он очень удобен, особенно при работе с разными по уровню напряжения источниками, например от магнитофона — 0,25…0,7 В, от проигрывателя компакт-дисков — 2…4 В.

Регулятор тембра — пассивный, мостового типа. Такие регуляторы работают с меньшими искажениями, чем активные с формированием АЧХ в цепи ООС усилителя, хотя при грамотном схемотехническом решении хорошие ОУ тоже обеспечивают малые искажения. Чтобы истоковые повторители также работали без заметных искажений, необходимо соблюсти некоторые «тонкости».

Первое — нужно применять полевые транзисторы с возможно большей крутизной и большим начальным током стока, лучше всего экземпляры с максимальным напряжением отсечки. Кроме того, подбором резисторов R9 и R24 желательно установить близкие к нулевому значению напряжения на истоках VT1 и VT3.

Поскольку плата усилителя размещена внутри корпуса УМЗЧ, блок питания которого имеет двухполярные напряже-ния(35В, то и питание поступает с этого блока. Простейшие стабилизаторы напряжения, собранные на транзисторах VT5 и VT6 c «предохранителями» на резисторах R25 и R28, позволяют производить всякие эксперименты, безопасные для стабилизаторов и источника питания. Многие радиолюбители применяют такие простейшие стабилизаторы напряжения, однако часто без ограничительных резисторов в коллекторных цепях. А зря! Ограничительный резистор в аварийных ситуациях способен исключить выход из строя полупроводниковых приборов. К тому же, зачем нагревать кристаллы VT5 или VT6, если введением резисторов R25 и R28 можно перенести на них большую часть падения напряжения и мощности.

Коэффициент гармоник в основном зависит от экземпляра используемого ОУ (в данном случае применены ОУ с Кг= 0,1 %), при подборе резистора R31 его знвчение уменьшается раз в десять. Уменьшить искажения в 1,5…2 раза возможно также увеличением номиналов резисторов R16 — R21 в два paзa (R17 и R22 — 47 кОм), емкости конденсаторов С12 — С15 в этом случае также уменьшают в два раза. Если резисторы R17 и R22 взять по 100 кОм, искажения DA1 уменьшатся в 3…4 раза. К монтажу таких усилителей с малыми искажениями предъявляются более строгие требования: проводники выполняют короткими или экранированными; может понадобиться экранирование блока тембров.

Чтобы сохранить «мягкость» НЧ составляющих, номинал резистора R29 увеличивают до 470 кОм. С некоторым ухудшением параметров усилителя ОУ серии КР574 допустимо заменить менее быстродействующим К544УД2. Полевые транзисторы VT1 — VT4 — КП302, КПЗОЗ, КП307 с любым буквенным индексом, но с учетом рекомендаций, показанных выше, и соблюдения необходимой полярности напряжений питания.

Очень удобно использовать сборки двух полевых транзисторов КР504НТЗ, КР504НТ4, можно применять и КП103 с буквенными индексами К, Л, М, но для надежности блока питающие напряжения лучше снизить до ±10 В, соблюдая необходимую полярность питания. Резисторы R25 и R28 — проволочные мощностью не менее 5 Вт.

Печатная плата выполнена из двустороннего фольгированного стеклотекстолита и рвссчитанв на применение резисторов МЛТ-0,25, современных электролитических конденсаторов типа К50 — 35 или др. На рис. 2,а показано расположение элементов, на рис. 2,б — рисунок печатной платы. Фольга со стороны деталей использована в качестве электростатического экрана и общего провода (соединения с фольгой показаны соответствующим знаком).

Детали аттенюатора размещены на кнопочном переключателе SB1, в качестве которого использован П2К. Подобным образом выполнен монтаж и мостового регулятора тембра. Каждый из конденсаторов С5 и С11 состаален из двух емкостью по 2,2 мкФ.

Стабилизаторы VT5 и VT6 выполнены на отдельных платах навесным монтажом и являются общими для обоих каналов предварительного усилителя.

Следует подчеркнуть, что применение низкоскоростного ОУ, например КР544УД1 вместо КР574УД1, приведет к увеличению Кг на высоких частотах более чем в 10 раз. Напротив, применение высококачественных ОУ импортного производства обеспечит получение более высоких параметров.

Резисторы R2 и R5 с входной емкостью первого каскада образуют ФНЧ, снижающий вероятность проникновения на вход УМЗЧ наводок от мощных радиостанций или других ВЧ помех. Для лучшего подавления крайне нежелательных для усилителя на биполярных транзисторах помех дополнительно можно ввести конденсатор Сф емкостью 10…100 пф.

Первый экземпляр усилителя, собранного по данной схеме, эксплуатируется уже более пяти лет, и качество его работы многие оценивают выше других усилителей, в том числе и на лампах.

Собирая и сравнивая различные варианты как УМЗЧ, так и предварительных блоков, не нужно забывать, что в целом качество комплекса звуковоспроизведения, прежде всего, зависит от используемых в конструкции элементов: нельзя, например, добиться хорошего звучания на низких частотах, если мал объем громкоговорителей акустической системы. Точно так же, как не может хорошо звучать маленький, простой плейер компакт-дисков в сравнении со стационарным ПКД.

——————————————————— * Многое зависит от качества используемых ОУ: структуры их входных каскадов и транзисторов, способов частотной коррекции и широкополосности. — Примеч. редакции журнала Радио

↑ Регулятор тембра с небольшим диапазоном регулировок

В по-прежнему популярной конструкции предварительного усилителя Ю. Солнцева [5] применен пассивный регулятор тембра, показанный на рис. 10.

Рис. 10. Схема пассивного регулятора тембра из [5]

Отличие от регулятора, изображенного на рис. 6 заключается во введении резисторов R5, R7, предотвращающих монотонный подъем (R5) и спад (R7) АЧХ с ростом частоты.

↑ Делаем «правильный» регулятор тембров

На практике могут быть использованы все приведенные выше схемы пассивных регуляторов тембра, что открывает простор для творчества. Для выбора «своего» регулятора тембра были проведены субъективные прослушивания, в ходе которых выяснилось, что регуляторы с небольшим (от ±6 до ±10 дБ) пределами регулирования практически не ухудшают качество звучания. Небольшой диапазон регулировок вполне достаточен для устранения мелких огрехов фонограмм и в то же время не допускает «накручивания» тембров, которым грешат многие любители. В итоге я выбрал схему темброблока с пределами регулирования ±8 дБ, показанную на рис. 10 со следующими значениями пассивных элементов: R1=15 кОм, R2=R6=50 кОм, R3=4,02 кОм, R4=5,1 кОм, R5=2,4 кОм, R7=2 кОм, C0=1 мкФ, C1=0,1 мкФ, C2=0,33 мкФ, C3=3300 пФ, C4=0,01 мкФ.

Радиотехника и электроника

В продолжение темы восстановления и модернизации усилителя мощности Солнцева, собранного 20 лет назад.

Схемы предварительного усилителя и УМЗЧ, предложенные Юрием Солнцевым в 80-х годах прошлого века на страницах журнала Радио, не теряют своей актуальности по сей день. Даже спустя столько лет характеристики предложенных им решений по-прежнему остаются на высоте.

Радио №4, 1985, стр.32-35

Радио № 5, 1984, стр. 29-34

И если схема УМЗЧ является клоном английского усилителя QUAD-405 в исполнении Солнцева на доступных в то время радиокомпонентах, то предварительный усилитель является его собственной разработкой с высокими параметрами.

Поэтому в ходе восстановления предварительного усилителя решил не отходить от основы, убрав лишь ту часть схемы, которая предназначена для записи звука, в том числе делитель R27, R28. В настоящее время перезапись аудио дорожек осуществляется куда проще.

Как можно заметить, раньше гигантомания присутствовала всюду. Слишком много свободного места на плате. Разъемы и танталовые конденсаторы выглядят динозаврами. Поэтому полностью переработал как саму плату предварительного усилителя, так и блок регуляторов.

На фото видно, что один операционный усилитель в металлическом корпусе, а второй в корпусе DIP-8 был припаян на проводах с обратной стороны платы – тогда найди две микросхемы в металле не удалось, а работали оба одинаково.

В итоге, существенно уменьшились габариты платы. От реле отключения темброблока отказался еще в первой конструкции (на фото видны посадочные места под них). В прошлом остались гигантские разъемы МРН и танталовые электролитические конденсаторы. Возможно, стоило установить, так же как и тогда, именно танталовые, но их цена пугающе высока. Впоследствии, после сборки новой платы, устанавливал старые танталы, однако никаких изменений не заметил.

Сначала хотел трассировать плату под корпуса операционников в пластике, но решил, что в металлических корпусах они выглядят винтажнее и за 3 доллара!!! купил вторую К574УД1А в металле, аж 1981 года выпуска.

В силу больших габаритов конденсаторов КМ-6б заменил их современной керамикой. Возможно и не самый лучший выбор для звука, но погоня за малогабаритностью взяла верх. Для сравнения потом в один канал подкидывал вместо керамики КМ-6б, но разницы не ощутил.

Транзисторы выпаял из старой платы – их параметры подбирал 20 лет назад тестером на рынке, что у многих продавцов вызывало легкое недоумение))).

Кроме того исключил из схемы резистор R22 сопротивлением 5,1 кОм – назначение его непонятно.

Теперь схема выглядит так:

Рисунок схемы предварительного усилителя без записи.

А сам усилитель так:

Как и прошлый раз, усилитель заработал сразу же после включения.

Отдельно стоит остановиться на темброблоке.

Так элементы темброблока и регуляторов громкости выглядели прежде:

Сейчас навесной монтаж выглядит не камильфо)), поэтому решил разместить элементы темброблока и регуляторы громкости, баланса на отдельной плате. Старые переменники использовать не стал, заменив на современные.

На 22 кОм сейчас найти переменники не удалось, установил номиналом 20 кОм.

Фото платы регуляторов

Немного напрягала разница классификации групп переменных резисторов советского и западного образца.

В советской классификации переменные резисторы с логарифмической зависимостью (здесь устанавливаются для регулировки тембра) обозначались группой Б, в современной трактовке это группа А.

Серьезная сложность возникла с регулятором громкости. Как известно для этих целей применяются переменные сопротивления с обратно-логарифмической зависимостью. Прежде они обозначались группой В (вэ) – сейчас же группой С (си). 20 лет назад проблем с приобретением таких переменников не возникало, сейчас же это довольно дефицитная позиция. Установка другой группы переменников привела бы к неправильной работе регулятора громкости, т.е. регулировка начиналась бы не от нуля, а от трети шкалы или в последней части регулятора громкость не возрастала бы в соответствии со шкалой.

Пошел по схеме адаптации (приближения) характеристик переменников группы А (современная классификация-логарифмическая зависимость ) к параметрам группы С (обратнологарифмическая зависимость). Информацию почерпнул отсюда:

В дальнейшем такое схематическое решение встречал в магнитолах разных производителей.

В результате громкость регулируется плавно по всей шкале.

Еще одно осложнение вызвало отсутствие схемы регулировки баланса в статье Юрия Солнцева – лишь описание: «Для регулирования стереобаланса применен еще один сдвоенный переменный резистор (100 кОм, группа А (линейная зависимость в советской классификации, группа В в совеременной)), включенный реостатом (его движок в каждом канале подсоединен к движку регулятора громкости, а один из выводов – к входу усилителя мощности).»

Изложено весьма пространно и тут возможны варианты. В результате печатная плата была сделана с ошибкой, суть которой проявлялась в громком фоне. Устранить его удалось только изменением схемы включения переменников баланса. Пришлось разрезать дорожки и установив нужные перемычки. Переделывать плату уже не стал. В архиве к статье исправленная версия платы.

В финале схема регулировки баланса и громкости стала выглядеть следующим образом:

Плата регуляторов получилась довольно большой, что связано с установкой конденсаторов – МБМ и КМ-6б. Про положительное влияние конденсаторов МБМ на окрас звука читал неоднократно в разных источниках, поэтому установил их, купив за весьма не скромные деньги((. Однако сейчас об этом не жалею – звук низких частот действительно мягкий. Для сравнения устанавливал К73-17 из варианта двадцатилетней давности в фильтр НЧ. Низкие частоты становились тверже (если можно так выразиться).

В ВЧ фильтр пришлось установить К73-17 – МБМ емкостью 0,022 мкф найти не удалось – ощутимых на слух артефактов не заметил.

Фото платы регуляторов 1,2,3,4

Питание предварительного усилителя в прошлом осуществлялось от трансформаторного двуполярного стабилизированнного блока питания напряжением + — 15 вольт. Сейчас применил импульсный блок питания. На эту тему существует много суждений, но на практике ни каких вредных проявлений нет.

Кондратьев Николай

Г. Донецк.

↑ Предварительный усилитель для «студенческого» УМЗЧ

Перейдем к построению предварительного усилителя для «студенческого» УМЗЧ. Принципиальная схема одного канала усилителя для УМЗЧ Питера Смита представлена на рис. 11. Входной сигнал подается непосредственно на пассивный регулятор тембра. Дело в том, что современные источники звука (персональный компьютер, ноутбук, проигрыватель компакт-дисков, DVD – проигрыватель) имеют малое выходное сопротивление и высокий уровень сигнала, достаточный для непосредственной работы с усилителем мощности (0,5…2 В эфф.).
Фильтр R1 – R3, C2, C3 производит регулировку тембра в нижней частотной области, а R5, — R7, C4, C5 – в верхней. Буферный резистор R4 служит для уменьшения влияния фильтров друг на друга. Параметры элементов фильтров выбирают таким образом, чтобы примерно в среднем положении движков резисторов регуляторов тембра R2 и R6 АЧХ была горизонтальной; при этом коэффициент передачи регулятора тембра меньше единицы.

При перемещении движка резистора R2 в верхнее (по схеме рис. 11) положение получаем подъем АЧХ на нижних частотах; смещая движок в нижнее положение – завал. Аналогичным образом работает регулятор тембра R6, который осуществляет регулировку АЧХ в области высоких частот.

Регулятор тембра нагружен на регулятор уровня сигнала R8.1, далее следует усилительный каскад на малошумящем операционном усилителе OPA2134, включенном по неинвертирующей схеме. Его назначение – компенсировать затухание, вносимое регулятором тембра и обеспечить низкое выходное сопротивление, необходимое для работы усилителя мощности.

На выходе предварительного усилителя установлена индуктивность L1 – «бусинка» из феррита, применяемая в телевизорах и компьютерной технике (материнских платах, платах ввода-вывода, мониторах и т.п.). В результате принятых мер коэффициент гармоник предварительного усилителя на частоте 1 кГц не превышает одной десятитысячной доли процента!

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Рис. 11. Принципиальная схема темброблока и предварительного усилителя для «студенческого» УМЗЧ

Экспериментальная проверка нескольких экземпляров операционных усилителей показала, что и без конденсатора в заземленной ветви делителя отрицательной обратной связи постоянное напряжение на выходе составляет единицы милливольт. Тем не менее, из соображений универсальности применения, на входе темброблока и выходе предварительного усилителя включены разделительные конденсаторы (С1, С6). В зависимости от требуемой чувствительности усилителя величину сопротивления резистора R10 выбирают из табл. 2. Следует стремиться не к точному значению сопротивлений резисторов, а их попарному равенству в каналах усилителя.

Таблица 2

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Главным недостатком пассивного регулятора тембра является низкий коэффициент передачи. Другой недостаток заключается в том, что для получения линейной зависимости уровня громкости от угла поворота необходимо использовать переменные резисторы с логарифмической характеристикой регулирования (кривая «В»). Достоинством пассивных регуляторов тембра является меньшие искажения, чем активных (например, регулятора тембра Баксандала, рис. 12).

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).

↑ Монтаж и налаживание

Перед монтажом желательно провести входной контроль всех элементов. Я уже давно взял за правило попарно подбирать компоненты в каналах усилителя. Вот и для этой конструкции подобрал резисторы и конденсаторы с точностью до одного процента. Сделать это оказалось не так сложно: отбор происходил из 6 – 8 элементов каждого номинала.
Наверняка такая точность подбора не нужна, но результатом проделанной работы стало практически идеальное совпадение АЧХ по каналам предварительного усилителя.

Все детали предварительного усилителя размещены на печатной плате размером 125х45 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм (рис. 13).

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Рис. 13. Размещение деталей на печатной плате

Элементы, относящиеся к правому каналу предварительного усилителя, обозначены со штрихом. Такая же маркировка выполнена и в файле печатной платы (с расширением *.lay) – надпись появляется при подведении курсора к соответствующему элементу. Вначале на печатной плате устанавливают малогабаритные детали: проволочные перемычки, резисторы, конденсаторы, ферритовые «бусинки» и панельку для микросхемы. В последнюю очередь монтируют клеммники и переменные резисторы. После проверки монтажа включают питание и контролируют «ноль» на выходах операционного усилителя. Смещение составляет 2 – 4 мВ. При желании можно погонять устройство от синусоидального генератора и снять характеристики (рис. 14).

Рис. 14. Установка для снятия характеристик предварительного усилителя

Предварительный усилитель с темброблоком NE5532

Для того, чтобы сделать предварительный усилитель с темброблоком NE5532 своими руками, понадобится:

* Кит-набор * Паяльник, припой, флюс * Бокорезы * Колонки * Приспособление для пайки «третья рука» * Мультиметр или тестер * Усилитель звука и двухполярное питание для проверки

Шаг первый.

Сначала разберемся с компонентами, которые идут в наборе. В комплекте кит-набора идет двухсторонняя плата с металлизированными контактами, качество на высоком уровне.

Шаг второй.
Переходим к самой сборке. Для начала устанавливаем плату в приспособлении для пайки «третья рука» и вставляем резисторы согласно номиналам.

Определить сопротивление можно несколькими способами, при помощи мультиметра, тестера, а также цветовой маркировки и таблицы. Первым способ самый удобный и быстрый, но остальные также вполне рабочие, но требуют несколько больше времени, поэтому наличие мультиметра не является обязательным пунктом.

Шаг третий.
После установки резисторов переходим к керамическим неполярным конденсаторам.

Шаг четвертый.
Теперь согласно номиналам, указанным в инструкции, вставляем на свои места полярные электролитические конденсаторы, на их корпусе полоской обозначен минусовой вывод, на плате минус обозначен белой линией, в случае с маленькими конденсаторами минус на плате указан закрашенным полукругом.

Шаг пятый.
До завершения сборки осталось совсем немного. Для подключения питания вставляем разъемы.

На этом у меня все, всем спасибо за внимание и творческих успехов.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

↑ Характеристики предварительного усилителя:

Напряжение питания, В=±15
Ток потребления, мА=
8…10
Номинальное входное напряжение, В=
0,775
Номинальное выходное напряжение, В=
0,775
Полоса частот по уровню -0,5 дБ, Гц=
25…100000
Диапазон регулировки тембра, дБ на частоте 40 Гц=
±7
, на частоте 10 кГц=
±7
Коэффициент гармоник при входном напряжении 1 В, % на частоте 1 кГц=
0,0001
, на частоте 20 кГц=
0,002
Отношение сигнал/шум (невзвешенное), дБ=
89
Входное сопротивление, кОм=
20
Выходное сопротивление источника сигнала, кОм, не более=
1,8
Можно включить устройство с усилителем мощности и послушать музыку. Об этом в следующей части проекта.

Предварительный или оконечный усилитель, который из них больше влияет на звучание стереосистемы?

уххх! хороший вопрос! но чтобы с ним разобраться нужен хороший чай! беседа на долго! попробую более менее кратко…

давайте первым делом разделим наш анализ на 2 темы… 1. инженерные возможности о влиянии на звук 2. реальная ситуация на рынке…

если говорить о первом пунтке то все с ним ясно… влияют на звук все компоненты или в равной степени или в тех акцентах кторые расставил главный инженер в ассортименте одного бренда разрабатывая новую линейку продукции…

давайте мельком пробежимся по тому как устроен пред и мощник… первым делом пред получает сигнал от источника… сигнал этот не простой… он регламентирован и гостами и динами и исошками о том какие там напряжения токи и сопротивления… и так уж вышло что эти самые параметры основательно так не соотвествуют параметрам транзисторов в чистом виде… поэтому первым делом на входе преда стоит согласующий каскад… задача которого обеспечить правильное взаимодействие с сигналом который приходит… уже далее после него стоит небольшой усилитель сигнала который поднимает амплитуду сигнала примерно в 3 раза… а мощность где-то до 1 ватта… эти параметры нужны для того чтобы сделать возможным нормальную регулировку громкости и тембров если они в системе есть… а заодно и организовать выход на запись-сабвуфер и прочие делишки типа стрелочек уровня сигнала опять таки если они там есть… далее этот согласованный и слегка усиленный сигнал уже подготовленный для работы с транзисторами в «чистом виде» поступает на усилитель мощности где он сначала раскачивается по амплитуде а потом коммутируется по ощутимо большему току… при этому на этой части тракта в силу выскоой мощности и как итог температуры возникают некоторые нехорошести в процессе работы транзисторов… такие как шум, искажения и всякие явления типа температурыный дрейф характеристик… для их устранения применяют всякие нелюбимые аудиофилами решения типа обратной связи… но у нее кроме нормализации работы усилителя есть еще один эффект… она демпфирует басовик… т.е. делает звучание басов более четким детальным и прозрачным при правильной настройке… при неправильной делает звук плоским… или гулким при недонастройке…

т.е. получается что мощник влияет на то как звучат басы… ну а самая уязвимая часть схемотехники это первый согласующий каскад… малейшая неточность в его расчете приводит к тому что или ачх плывет или компрессия всякая начинается… или кабель нарушает его параметры… как итог получаем наибольшее влияние на звук со стороны преда… мощник заведует качесством баса а пред заведует всеми остальными процессами… конечно это все не отменяет того факта что инженер может пошалить в любой части тракта включая кабель или предохранитель… или еще какую вибровосприимчивость особенно конденсаторов…

ну и на рынке все примерно так и творится… если почитать описания характера звучания мощников то там или бас качественные но остальной звук зажат или наборот звук живой но бас ватный… или золотая середина какая… а вот про преды там такая гулянка в вопросах подачи середины с верхом…

↑ Упомянутые источники

1. Дайджест // Радиохобби, 2003, №3, с.10, 11. 2. Стародуб Д. Блок регуляторов тембра высококачественного усилителя НЧ // Радио, 1974, №5, с. 45, 46. 3. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. – М.: Мир, 1991, с. 150 – 153. 4. Шихатов А. Пассивные регуляторы тембра // Радио, 1999, №1, с. 14, 15. 5. Ривкин Л. Расчет регуляторов тембра // Радио, 1969, №1, с. 40, 41. 6. Солнцев Ю. Высококачественный предварительный усилитель // Радио, 1985, №4, с.32 – 35. 7. //www.moskatov.narod.ru/ (Программа Е. Москатова «Timbreblock 4.0.0.0»).

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: