Собираем ламповый предварительный усилитель. Простой высококачественный Hi-Fi предусилитель Предварительный усилитель на оу схема

СХЕМА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ

На рубеже 2004 и 2005 годов возникает естественное желание строить усилители на современной элементной базе, пользуясь передовыми достижениями мировой электронной технологии.
Предлагаю вашему вниманию высококачественный предусилитель на базе EL2125.
Основные материалы БЕСПЛАТНЫ, самодельщики могут свободно использовать их для повторения в своих собственных конструкциях.
ПОЧЕМУ EL2125 ?
Превосходный чип, по своим характеристикам предендует едва ли не на 2 место в десятке лучших ОУ по обзорам моделей в 2004г.
Это конечно, не AD8099 (первое место в мире, премия от Intel "Инновация 2004 года"), но EL2125 уже появился в продаже на рынке СНГ и достать его вполне реально, особенно тем, кто живет в столичных и крупных городах.
НАСКОЛЬКО ХОРОШИ ХАРАКТЕРИСТИКИ EL2125, СУДИТЕ САМИ:

Возможность работы на нагрузку до - 500 Ом
Рабочий дипазон частот до - 180 MHz
Напряжение питания - ±4.5 ... ±16.5 В.
Коэффициент нелинейных искажений - менее 0,001%
Скорость нарастания выходного сигнала - 190 V/µs
Уровень шума - 0, 86 nV/vHz (лучше, чем у AD8099 ! ! !)

Цена EL2125 в розничной продаже обычно $ 3 за штуку, не очень дешево, но оно того стоит.
Чаще всего, EL2125 встречается в корпусе типа SO - 8 (готовьте микронасадки к паяльникам).
Должен заметить, что в список характеристик я бы добавил и такой как - " удивительная музыкальность". Этот показатель невозможно измерить приборами и выразить цифрами, он ощущается только на слух.

1. Как усилитель для телефонов с широким диапазоном сопротивлений:

2. Как высококачественный предусилитель для оконечных усилителей с двухполярным питанием (в диапазоне от ± 22 до ± 35 В.) и чувствительностью 20 ... 26 дБ:

Данный ОУ невольно напрашивается в более серьезный предварительный усилитель, созданный на базе усилителя Солнцева и описанного на сайте "Паяльник":
В усилителе применены сдвоенные переменные резисторы R11 и R17 любого типа группы Б, R1 и R21 любого типа группы В или А. В качестве тонокомпенсированного регулятора громкости (R21) можно примененить переменный резистор 100 кОм (с отводом от середины). Транзисторы можно заменить на КТ3107И, КТ313Б, КТ361В,К (VT1, VT4) и КТ312В, КТ315В (остальные). Замена ОУ К574УД1 на ОУ других типов не рекомендуется. При значительном уровне постоянной составляющей (в редких случаях) в точке А необходимо установить конденсатор емкостью 2.2 - 5 мкф.

Описываемый предварительный усилитель подключается к усилителю мощности ЗЧ с входным сопротивлением не менее 10 кОм. Со значительным увеличением Кг, данный ПУ можно нагрузить и на УМЗЧ с Rвх до 2 кОм (что крайне нежелательно), в таких случаях (если Rвх вашего УМЗЧ менее 10 кОм) нужно просто еще раз умощнить выходной каскад (копию участка схемы VT1-VT2-VT3-VT4-R4-R5-R6-R7, подключить на выход DA2), резисторы R23 и R24 подключить аналогично резисторам R2 и R3, хотя в этом случае возможно повысится уровень шумов. А если Rвх вашего УМЗЧ больше или равно 100 кОм, то в качестве операционного усилителя DA2 рекомендуется применить К574УД1А(Б), это снизит уровень искажений и шумов.

Возможные изменения в схеме (улучшающие):
- Для исключения из тракта прохождения звукового сигнала переключателей П2К (весьма ненадежных в работе) рекомендуется переключатель SA1 исключить из схемы (вместе с резисторами R8, R9), а переключатель SA2 перенести на последий каскад замыкая накоротко резистор R23 (резисторы R13, R14 при этом исключаются из схемы).

Схема предусилителя:

Так же будет не бесполезным использовать данный ОУ в универсальном предварительном усилителе, способным так же выполнять функцию усилителя для наушников. Принципиальная схемы приведена ниже:

Эмиттерные повторители VT1-VT2 разгружают выход ОУ, а дальше следует схема с местной обратной связью, способствующая дополнительному снижению не линейных искажений. Резисторами R19 и R20 устанавливается ток покоя окнечного каскада предварительного усилителя, аналогично усилителям мощности, в пределах 7-12 мА. В связи с этим последний каскад необходимо установить на небольшой теплоотвод

Страница подготовлена по материалам сайта http://yooree.narod.ru и http://cxem.net

– Сосед запарил по батарее стучать. Сделал музыку громче, чтобы его не слышать.
(Из фольклора аудиофилов).

Эпиграф иронический, но аудиофил совсем не обязательно «больной на всю голову» с физиономией Джоша Эрнеста на брифинге по вопросам отношений с РФ, которого «прёт» оттого, что соседи «счастливы». Кто-то хочет слушать серьезную музыку дома как в зале. Качество аппаратуры для этого нужно такое, какое у любителей децибел громкости как таковых просто не помещается там, где у здравомыслящих людей ум, но у последних оный за разум заходит от цен на подходящие усилители (УМЗЧ, усилитель мощности звуковой частоты). А у кого-то попутно возникает желание приобщиться к полезным и увлекательным сферам деятельности – технике воспроизведения звука и вообще электронике. Которые в век цифровых технологий неразрывно связаны и могут стать высокодоходной и престижной профессией. Оптимальный во всех отношениях первый шаг в этом деле – сделать усилитель своими руками: именно УМЗЧ позволяет с начальной подготовкой на базе школьной физики на одном и том же столе пройти путь от простейших конструкций на полвечера (которые, тем не менее, неплохо «поют») до сложнейших агрегатов, через которые с удовольствием сыграет и хорошая рок-группа. Цель данной публикации – осветить первые этапы этого пути для начинающих и, возможно, сообщить кое-что новое опытным.

Простейшие

Итак, для начала попробуем сделать усилитель звука, который просто работает. Чтобы основательно вникнуть в звукотехнику, придется постепенно освоить довольно много теоретического материала и не забывать по мере продвижения обогащать багаж знаний. Но любая «умность» усваивается легче, когда видишь и щупаешь, как она работает «в железе». В этой статье далее тоже без теории не обойдется – в том, что нужно знать поначалу и что возможно пояснить без формул и графиков. А пока достаточно будет умения и пользоваться мультитестером.

Примечание: если вы до сих пор не паяли электронику, учтите – ее компоненты нельзя перегревать! Паяльник – до 40 Вт (лучше 25 Вт), максимально допустимое время пайки без перерыва – 10 с. Паяемый вывод для теплоотвода удерживается в 0,5-3 см от места пайки со стороны корпуса прибора медицинским пинцетом. Кислотные и др. активные флюсы применять нельзя! Припой – ПОС-61.

Слева на рис. – простейший УМЗЧ, «который просто работает». Его можно собрать как на германиевых, так и на кремниевых транзисторах.

На этой крошке удобно осваивать азы наладки УМЗЧ с непосредственными связями между каскадами, дающими наиболее чистый звук:

Перед первым включением питания нагрузку (динамик) отключаем;
Вместо R1 впаиваем цепочку из постоянного резистора на 33 кОм и переменного (потенциометра) на 270 кОм, т.е. первый прим. вчетверо меньшего, а второй прим. вдвое большего номинала против исходного по схеме;
Подаем питание и, вращая движок потенциометра, в точке, обозначенной крестиком, выставляем указанный ток коллектора VT1;
Снимаем питание, выпаиваем временные резисторы и замеряем их общее сопротивление;
В качестве R1 ставим резистор номинала из стандартного ряда, ближайшего к измеренному;
Заменяем R3 на цепочку постоянный 470 Ом + потенциометр 3,3 кОм;
Так же, как по пп. 3-5, в т. а выставляем напряжение, равное половине напряжения питания.

Точка а, откуда снимается сигнал в нагрузку это т. наз. средняя точка усилителя. В УМЗЧ с однополярным питанием в ней выставляют половину его значения, а в УМЗЧ в двухполярным питанием – ноль относительно общего провода. Это называется регулировкой баланса усилителя. В однополярных УМЗЧ с емкостной развязкой нагрузки отключать ее на время наладки не обязательно, но лучше привыкать делать это рефлекторно: разбалансированный 2-полярный усилитель с подключенной нагрузкой способен сжечь свои же мощные и дорогие выходные транзисторы, а то и «новый, хороший» и очень дорогой мощный динамик.

Примечание: компоненты, требующие подбора при наладке устройства в макете, на схемах обозначаются или звездочкой (*), или штрихом-апострофом (‘).

В центре на том же рис. – простой УМЗЧ на транзисторах, развивающий уже мощность до 4-6 Вт на нагрузке 4 Ом. Хотя и работает он, как и предыдущий, в т. наз. классе AB1, не предназначенном для Hi-Fi озвучивания, но, если заменить парой таких усилитель класса D (см. далее) в дешевых китайских компьютерных колонках, их звучание заметно улучшается. Здесь узнаем еще одну хитрость: мощные выходные транзисторы нужно ставить на радиаторы. Компоненты, требующие дополнительного охлаждения, на схемах обводятся пунктиром; правда, далеко не всегда; иногда – с указанием необходимой рассеивающей площади теплоотвода. Наладка этого УМЗЧ – балансировка с помощью R2.

Справа на рис. – еще не монстр на 350 Вт (как был показан в начале статьи), но уже вполне солидный зверюга: простой усилитель на транзисторах мощностью 100 Вт. Музыку через него слушать можно, но не Hi-Fi, класс работы – AB2. Однако для озвучивания площадки для пикника или собрания на открытом воздухе, школьного актового или небольшого торгового зала он вполне пригоден. Любительская рок-группа, имея по такому УМЗЧ на инструмент, может успешно выступать.

В этом УМЗЧ проявляются еще 2 хитрости: во-первых, в очень мощных усилителях каскад раскачки мощного выхода тоже нужно охлаждать, поэтому VT3 ставят на радиатор от 100 кв. см. Для выходных VT4 и VT5 нужны радиаторы от 400 кв. см. Во-вторых, УМЗЧ с двухполярным питанием совсем без нагрузки не балансируются. То один, то другой выходной транзистор уходит в отсечку, а сопряженный в насыщение. Затем, на полном напряжении питания скачки тока при балансировке способны вывести из строя выходные транзисторы. Поэтому для балансировки (R6, догадались?) усилитель запитывают от +/–24 В, а вместо нагрузки включают проволочный резистор 100…200 Ом. Кстати, закорючки в некоторых резисторах на схеме – римские цифры, обозначающие их необходимую мощность рассеяния тепла.

Примечание: источник питания для этого УМЗЧ нужен мощностью от 600 Вт. Конденсаторы сглаживающего фильтра – от 6800 мкФ на 160 В. Параллельно электролитическим конденсаторам ИП включаются керамические по 0,01 мкФ для предотвращения самовозбуждения на ультразвуковых частотах, способного мгновенно сжечь выходные транзисторы.

На полевиках

На след. рис. – еще один вариант достаточно мощного УМЗЧ (30 Вт, а при напряжении питания 35 В – 60 Вт) на мощных полевых транзисторах:

Звук от него уже тянет на требования к Hi-Fi начального уровня (если, разумеется, УМЗЧ работает на соотв. акустические системы, АС). Мощные полевики не требуют большой мощности для раскачки, поэтому и предмощного каскада нет. Еще мощные полевые транзисторы ни при каких неисправностях не сжигают динамики – сами быстрее сгорают. Тоже неприятно, но все-таки дешевле, чем менять дорогую басовую головку громкоговорителя (ГГ). Балансировка и вообще наладка данному УМЗЧ не требуются. Недостаток у него, как у конструкции для начинающих, всего один: мощные полевые транзисторы много дороже биполярных для усилителя с такими же параметрами. Требования к ИП – аналогичные пред. случаю, но мощность его нужна от 450 Вт. Радиаторы – от 200 кв. см.

Примечание: не надо строить мощные УМЗЧ на полевых транзисторах для импульсных источников питания, напр. компьютерных. При попытках «загнать» их в активный режим, необходимый для УМЗЧ, они или просто сгорают, или звук дают слабый, а по качеству «никакой». То же касается мощных высоковольтных биполярных транзисторов, напр. из строчной развертки старых телевизоров.

Сразу вверх

Если вы уже сделали первые шаги, то вполне естественным будет желание построить УМЗЧ класса Hi-Fi, не вдаваясь слишком глубоко в теоретические дебри. Для этого придется расширить приборный парк – нужен осциллограф, генератор звуковых частот (ГЗЧ) и милливольтметр переменного тока с возможностью измерения постоянной составляющей. Прототипом для повторения лучше взять УМЗЧ Е. Гумели, подробно описанный в «Радио» №1 за 1989 г. Для его постройки понадобится немного недорогих доступных компонент, но качество удовлетворяет весьма высоким требованиям: мощность до 60 Вт, полоса 20-20 000 Гц, неравномерность АЧХ 2 дБ, коэффициент нелинейных искажений (КНИ) 0,01%, уровень собственных шумов –86 дБ. Однако наладить усилитель Гумели достаточно сложно; если вы с ним справитесь, можете браться за любой другой. Впрочем, кое-какие из известных ныне обстоятельств намного упрощают налаживание данного УМЗЧ, см. ниже. Имея в виду это и то, что в архивы «Радио» пробраться не всем удается, уместно будет повторить основные моменты.

Схемы простого высококачественного УМЗЧ

Схемы УМЗЧ Гумели и спецификация к ним даны на иллюстрации. Радиаторы выходных транзисторов – от 250 кв. см. для УМЗЧ по рис. 1 и от 150 кв. см. для варианта по рис. 3 (нумерация оригинальная). Транзисторы предвыходного каскада (КТ814/КТ815) устанавливаются на радиаторы, согнутые из алюминиевых пластин 75х35 мм толщиной 3 мм. Заменять КТ814/КТ815 на КТ626/КТ961 не стоит, звук заметно не улучшается, но налаживание серьезно затрудняется.

Этот УМЗЧ очень критичен к электропитанию, топологии монтажа и общей, поэтому налаживать его нужно в конструктивно законченном виде и только со штатным источником питания. При попытке запитать от стабилизированного ИП выходные транзисторы сгорают сразу. Поэтому на рис. даны чертежи оригинальных печатных плат и указания по наладке. К ним можно добавить что, во-первых, если при первом включении заметен «возбуд», с ним борются, меняя индуктивность L1. Во-вторых, выводы устанавливаемых на платы деталей должны быть не длиннее 10 мм. В-третьих, менять топологию монтажа крайне нежелательно, но, если очень надо, на стороне проводников обязательно должен быть рамочный экран (земляная петля, выделена цветом на рис.), а дорожки электропитания должны проходить вне ее.

Примечание: разрывы в дорожках, к которым подключаются базы мощных транзисторов – технологические, для налаживания, после чего запаиваются каплями припоя.

Налаживание данного УМЗЧ много упрощается, а риск столкнуться с «возбудом» в процессе пользования сводится к нулю, если:

Минимизировать межблочный монтаж, поместив платы на радиаторах мощных транзисторов.
Полностью отказаться от разъемов внутри, выполнив весь монтаж только пайкой. Тогда не нужны будут R12, R13 в мощном варианте или R10 R11 в менее мощном (на схемах они пунктирные).
Использовать для внутреннего монтажа аудиопровода из бескислородной меди минимальной длины.

При выполнении этих условий с возбуждением проблем не бывает, а налаживание УМЗЧ сводится к рутинной процедуре, описанной на рис.

Провода для звука

Аудиопровода не досужая выдумка. Необходимость их применения в настоящее время несомненна. В меди с примесью кислорода на гранях кристаллитов металла образуется тончайшая пленочка окисла. Оксиды металлов полупроводники и, если ток в проводе слабый без постоянной составляющей, его форма искажается. По идее, искажения на мириадах кристаллитов должны компенсировать друг друга, но самая малость (похоже, обусловленная квантовыми неопределенностями) остается. Достаточная, чтобы быть замеченной взыскательными слушателями на фоне чистейшего звука современных УМЗЧ.

Производители и торговцы без зазрения совести подсовывают вместо бескислородной обычную электротехническую медь – отличить одну от другой на глаз невозможно. Однако есть сфера применения, где подделка не проходит однозначно: кабель витая пара для компьютерных сетей. Положить сетку с длинными сегментами «леварем», она или вовсе не запустится, или будет постоянно глючить. Дисперсия импульсов, понимаешь ли.

Автор, когда только еще пошли разговоры об аудиопроводах, понял, что, в принципе, это не пустая болтовня, тем более, что бескислородные провода к тому времени уже давно использовались в технике спецназначения, с которой он по роду деятельности был хорошо знаком. Взял тогда и заменил штатный шнур своих наушников ТДС-7 самодельным из «витухи» с гибкими многожильными проводами. Звук, на слух, стабильно улучшился для сквозных аналоговых треков, т.е. на пути от студийного микрофона до диска нигде не подвергавшихся оцифровке. Особенно ярко зазвучали записи на виниле, сделанные по технологии DMM (Direct Meta lMastering, непосредственное нанесение металла). После этого межблочный монтаж всего домашнего аудио был переделан на «витушный». Тогда улучшение звучания стали отмечать и совершенно случайные люди, к музыке равнодушные и заранее не предуведомленные.

Как сделать межблочные провода из витой пары, см. след. видео.

Видео: межблочные провода из витой пары своими руками

К сожалению, гибкая «витуха» скоро исчезла из продажи – плохо держалась в обжимаемых разъемах. Однако, к сведению читателей, только из бескислородной меди делается гибкий «военный» провод МГТФ и МГТФЭ (экранированный). Подделка невозможна, т.к. на обычной меди ленточная фторопластовая изоляция довольно быстро расползается. МГТФ сейчас есть в широкой продаже и стоит много дешевле фирменных, с гарантией, аудиопроводов. Недостаток у него один: его невозможно выполнить расцвеченным, но это можно исправить бирками. Есть также и бескислородные обмоточные провода, см. далее.

Теоретическая интермедия

Как видим, уже на первых порах освоения звукотехники нам пришлось столкнуться с понятием Hi-Fi (High Fidelity), высокая верность воспроизведения звука. Hi-Fi бывают разных уровней, которые ранжируются по след. основным параметрам:

Полосе воспроизводимых частот.
Динамическому диапазону – отношению в децибелах (дБ) максимальной (пиковой) выходной мощности к уровню собственных шумов.
Уровню собственных шумов в дБ.
Коэффициенту нелинейных искажений (КНИ) на номинальной (долговременной) выходной мощности. КНИ на пиковой мощности принимается 1% или 2% в зависимости от методики измерений.
Неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе воспроизводимых частот. Для АС – отдельно на низких (НЧ, 20-300 Гц), средних (СЧ, 300-5000 Гц) и высоких (ВЧ, 5000-20 000 Гц) звуковых частотах.

Примечание: отношение абсолютных уровней каких-либо величин I в (дБ) определяется как P(дБ) = 20lg(I1/I2). Если I1

Все тонкости и нюансы Hi-Fi нужно знать, занимаясь проектированием и постройкой АС, а что касается самодельного Hi-Fi УМЗЧ для дома, то, прежде чем переходить к таким, нужно четко уяснить себе требования к их мощности, необходимой для озвучивания данного помещения, динамическому диапазону (динамике), уровню собственных шумов и КНИ. Добиться от УМЗЧ полосы частот 20-20 000 Гц с завалом на краях по 3 дБ и неравномерностью АЧХ на СЧ в 2 дБ на современной элементной базе не составляет больших сложностей.

Громкость

Мощность УМЗЧ не самоцель, она должна обеспечивать оптимальную громкость воспроизведения звука в данном помещении. Определить ее можно по кривым равной громкости, см. рис. Естественных шумов в жилых помещениях тише 20 дБ не бывает; 20 дБ это лесная глушь в полный штиль. Уровень громкости в 20 дБ относительно порога слышимости это порог внятности – шепот разобрать еще можно, но музыка воспринимается только как факт ее наличия. Опытный музыкант может определить, какой инструмент играет, но что именно – нет.

40 дБ – нормальный шум хорошо изолированной городской квартиры в тихом районе или загородного дома – представляет порог разборчивости. Музыку от порога внятности до порога разборчивости можно слушать при наличии глубокой коррекции АЧХ, прежде всего по басам. Для этого в современные УМЗЧ вводят функцию MUTE (приглушка, мутирование, не мутация!), включающую соотв. корректирующие цепи в УМЗЧ.

90 дБ – уровень громкости симфонического оркестра в очень хорошем концертном зале. 110 дБ может выдать оркестр расширенного состава в зале с уникальной акустикой, каких в мире не более 10, это порог восприятия: звуки громче воспринимаются еще как различимый по смыслу с усилием воли, но уже раздражающий шум. Зона громкости в жилых помещениях 20-110 дБ составляет зону полной слышимости, а 40-90 дБ – зону наилучшей слышимости, в которой неподготовленные и неискушенные слушатели вполне воспринимают смысл звука. Если, конечно, он в нем есть.

Мощность

Расчет мощности аппаратуры по заданной громкости в зоне прослушивания едва ли не основная и самая трудная задача электроакустики. Для себя в условиях лучше идти от акустических систем (АС): рассчитать их мощность по упрощенной методике, и принять номинальную (долговременную) мощность УМЗЧ равной пиковой (музыкальной) АС. В таком случае УМЗЧ не добавит заметно своих искажений к таковым АС, они и так основной источник нелинейности в звуковом тракте. Но и делать УМЗЧ слишком мощным не следует: в таком случае уровень его собственных шумов может оказаться выше порога слышимости, т.к. считается он от уровня напряжения выходного сигнала на максимальной мощности. Если считать совсем уж просто, то для комнаты обычной квартиры или дома и АС с нормальной характеристической чувствительностью (звуковой отдачей) можно принять след. значения оптимальной мощности УМЗЧ:

До 8 кв. м – 15-20 Вт.
8-12 кв. м – 20-30 Вт.
12-26 кв. м – 30-50 Вт.
26-50 кв. м – 50-60 Вт.
50-70 кв. м – 60-100 Вт.
70-100 кв. м – 100-150 Вт.
100-120 кв. м – 150-200 Вт.
Более 120 кв. м – определяется расчетом по данным акустических измерений на месте.

Динамика

Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:

Симфоническая музыка и джаз с симфоническим сопровождением – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) идеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) приемлемо. Звук с динамикой 80-85 дБ в городской квартире не отличит от идеального никакой эксперт.
Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
Попса любого рода и саундтреки к фильмам – 66 дБ за глаза хватит, т.к. данные опусы уже при записи сжимаются по уровням до 66 дБ и даже до 40 дБ, чтобы можно было слушать на чем угодно.

Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.

КНИ

Нелинейные искажения (НИ) УМЗЧ это составляющие спектра выходного сигнала, которых не было во входном. Теоретически НИ лучше всего «затолкать» под уровень собственных шумов, но технически это очень трудно реализуемо. На практике берут в расчет т. наз. эффект маскировки: на уровнях громкости ниже прим. 30 дБ диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот сужается, как и способность различать звуки по частоте. Музыканты слышат ноты, но оценить тембр звука затрудняются. У людей без музыкального слуха эффект маскировки наблюдается уже на 45-40 дБ громкости. Поэтому УМЗЧ с КНИ 0,1% (–60 дБ от уровня громкости в 110 дБ) оценит как Hi-Fi рядовой слушатель, а с КНИ 0,01% (–80 дБ) можно считать не искажающим звук.

Лампы

Последнее утверждение, возможно, вызовет неприятие, вплоть до яростного, у адептов ламповой схемотехники: мол, настоящий звук дают только лампы, причем не просто какие-то, а отдельные типы октальных. Успокойтесь, господа – особенный ламповый звук не фикция. Причина – принципиально различные спектры искажений у электронных ламп и транзисторов. Которые, в свою очередь, обусловлены тем, что в лампе поток электронов движется в вакууме и квантовые эффекты в ней не проявляются. Транзистор же прибор квантовый, там неосновные носители заряда (электроны и дырки) движутся в кристалле, что без квантовых эффектов вообще невозможно. Поэтому спектр ламповых искажений короткий и чистый: в нем четко прослеживаются только гармоники до 3-й – 4-й, а комбинационных составляющих (сумм и разностей частот входного сигнала и их гармоник) очень мало. Поэтому во времена вакуумной схемотехники КНИ называли коэффициентом гармоник (КГ). У транзисторов же спектр искажений (если они измеримы, оговорка случайная, см. ниже) прослеживается вплоть до 15-й и более высоких компонент, и комбинационных частот в нем хоть отбавляй.

На первых порах твердотельной электроники конструкторы транзисторных УМЗЧ брали для них привычный «ламповый» КНИ в 1-2%; звук с ламповым спектром искажений такой величины рядовыми слушателями воспринимается как чистый. Между прочим, и самого понятия Hi-Fiтогда еще не было. Оказалось – звучат тускло и глухо. В процессе развития транзисторной техники и выработалось понимание, что такое Hi-Fi и что для него нужно.

В настоящее время болезни роста транзисторной техники успешно преодолены и побочные частоты на выходе хорошего УМЗЧ с трудом улавливаются специальными методами измерений. А ламповую схемотехнику можно считать перешедшей в разряд искусства. Его основа может быть любой, почему же электронике туда нельзя? Тут уместна будет аналогия с фотографией. Никто не сможет отрицать, что современная цифрозеркалка дает картинку неизмеримо более четкую, подробную, глубокую по диапазону яркостей и цвета, чем фанерный ящичек с гармошкой. Но кто-то крутейшим Никоном «клацает фотки» типа «это мой жирный кошак нажрался как гад и дрыхнет раскинув лапы», а кто-то Сменой-8М на свемовскую ч/б пленку делает снимок, перед которым на престижной выставке толпится народ.

Примечание: и еще раз успокойтесь – не все так плохо. На сегодня у ламповых УМЗЧ малой мощности осталось по крайней мере одно применение, и не последней важности, для которого они технически необходимы.

Опытный стенд

Многие любители аудио, едва научившись паять, тут же «уходят в лампы». Это ни в коем случае не заслуживает порицания, наоборот. Интерес к истокам всегда оправдан и полезен, а электроника стала таковой на лампах. Первые ЭВМ были ламповыми, и бортовая электронная аппаратура первых космических аппаратов была тоже ламповой: транзисторы тогда уже были, но не выдерживали внеземной радиации. Между прочим, тогда под строжайшим секретом создавались и ламповые… микросхемы! На микролампах с холодным катодом. Единственное известное упоминание о них в открытых источниках есть в редкой книге Митрофанова и Пикерсгиля «Современные приемно-усилительные лампы».

Но хватит лирики, к делу. Для любителей повозиться с лампами на рис. – схема стендового лампового УМЗЧ, предназначенного именно для экспериментов: SA1 переключается режим работы выходной лампы, а SA2 – напряжение питания. Схема хорошо известна в РФ, небольшая доработка коснулась только выходного трансформатора: теперь можно не только «гонять» в разных режимах родную 6П7С, но и подбирать для других ламп коэффициент включения экранной сетки в ульралинейном режиме; для подавляющего большинства выходных пентодов и лучевых тетродов он или 0,22-0,25, или 0,42-0,45. Об изготовлении выходного трансформатора см. ниже.

Гитаристам и рокерам

Это тот самый случай, когда без ламп не обойтись. Как известно, электрогитара стала полноценным солирующим инструментом после того, как предварительно усиленный сигнал со звукоснимателя стали пропускать через специальную приставку – фьюзер – преднамеренно искажающую его спектр. Без этого звук струны был слишком резким и коротким, т.к. электромагнитный звукосниматель реагирует только на моды ее механических колебаний в плоскости деки инструмента.

Вскоре выявилось неприятное обстоятельство: звучание электрогитары с фьюзером обретает полную силу и яркость только на больших громкостях. Особенно это проявляется для гитар со звукоснимателем типа хамбакер, дающим самый «злой» звук. А как быть начинающему, вынужденному репетировать дома? Не идти же в зал выступать, не зная точно, как там зазвучит инструмент. И просто любителям рока хочется слушать любимые вещи в полном соку, а рокеры народ в общем-то приличный и неконфликтный. По крайней мере те, кого интересует именно рок-музыка, а не антураж с эпатажем.

Так вот, оказалось, что роковый звук появляется на уровнях громкости, приемлемых для жилых помещений, если УМЗЧ ламповый. Причина – специфическое взаимодействие спектра сигнала с фьюзера с чистым и коротким спектром ламповых гармоник. Тут снова уместна аналогия: ч/б фото может быть намного выразительнее цветного, т.к. оставляет для просмотра только контур и свет.

Тем, кому ламповый усилитель нужен не для экспериментов, а в силу технической необходимости, долго осваивать тонкости ламповой электроники недосуг, они другим увлечены. УМЗЧ в таком случае лучше делать бестрансформаторный. Точнее – с однотактным согласующим выходным трансформатором, работающим без постоянного подмагничивания. Такой подход намного упрощает и ускоряет изготовление самого сложного и ответственного узла лампового УМЗЧ.

“Бестрансформаторный” ламповый выходной каскад УМЗЧ и предварительные усилители к нему

Справа на рис. дана схема бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ, а слева – варианты предварительного усилителя для него. Вверху – с регулятором тембра по классической схеме Баксандала, обеспечивающей достаточно глубокую регулировку, но вносящей небольшие фазовые искажения в сигнал, что может быть существенно при работе УМЗЧ на 2-полосную АС. Внизу – предусилитель с регулировкой тембра попроще, не искажающей сигнал.

Но вернемся к «оконечнику». В ряде зарубежных источников данная схема считается откровением, однако идентичная ей, за исключением емкости электролитических конденсаторов, обнаруживается в советском «Справочнике радиолюбителя» 1966 г. Толстенная книжища на 1060 страниц. Не было тогда интернета и баз данных на дисках.

Там же, справа на рис., коротко, но ясно описаны недостатки этой схемы. Усовершенствованная, из того же источника, дана на след. рис. справа. В ней экранная сетка Л2 запитана от средней точки анодного выпрямителя (анодная обмотка силового трансформатора симметричная), а экранная сетка Л1 через нагрузку. Если вместо высокоомных динамиков включить согласующий трансформатор с обычным динамиков, как в пред. схеме, выходная мощность составить ок. 12 Вт, т.к. активное сопротивление первичной обмотки трансформатора много меньше 800 Ом. КНИ этого оконечного каскада с трансформаторным выходом – прим. 0,5%

Как сделать трансформатор?

Главные враги качества мощного сигнального НЧ (звукового) трансформатора – магнитное поле рассеяния, силовые линии которого замыкаются, обходя магнитопровод (сердечник), вихревые токи в магнитопроводе (токи Фуко) и, в меньшей степени – магнитострикция в сердечнике. Из-за этого явления небрежно собранный трансформатор «поет», гудит или пищит. С токами Фуко борются, уменьшая толщину пластин магнитопровода и дополнительно изолируя их лаком при сборке. Для выходных трансформаторов оптимальная толщина пластин – 0,15 мм, максимально допустимая – 0,25 мм. Брать для выходного трансформатора пластины тоньше не следует: коэффициент заполнения керна (центрального стержня магнитопровода) сталью упадет, сечение магнитопровода для получения заданной мощности придется увеличить, отчего искажения и потери в нем только возрастут.

В сердечнике звукового трансформатора, работающего с постоянным подмагничиванием (напр., анодным током однотактного выходного каскада) должен быть небольшой (определяется расчетом) немагнитный зазор. Наличие немагнитного зазора, с одной стороны, уменьшает искажения сигнала от постоянного подмагничивания; с другой – в магнитопроводе обычного типа увеличивает поле рассеяния и требует сердечника большего сечения. Поэтому немагнитный зазор нужно рассчитывать на оптимум и выполнять как можно точнее.

Для трансформаторов, работающих с подмагничиванием, оптимальный тип сердечника – из пластин Шп (просеченных), поз. 1 на рис. В них немагнитный зазор образуется при просечке керна и потому стабилен; его величина указывается в паспорте на пластины или замеряется набором щупов. Поле рассеяния минимально, т.к. боковые ветви, через которые замыкается магнитный поток, цельные. Из пластин Шп часто собирают и сердечники трансформаторов без подмагничивания, т.к. пластины Шп делают из высококачественной трансформаторной стали. В таком случае сердечник собирают вперекрышку (пластины кладут просечкой то в одну, то в другую сторону), а его сечение увеличивают на 10% против расчетного.

Трансформаторы без подмагничивания лучше мотать на сердечниках УШ (уменьшенной высоты с уширенными окнами), поз. 2. В них уменьшение поля рассеяния достигается за счет уменьшения длины магнитного пути. Поскольку пластины УШ доступнее Шп, из них часто набирают и сердечники трансформаторов с подмагничиванием. Тогда сборку сердечника ведут внакрой: собирают пакет из Ш-пластин, кладут полоску непроводящего немагнитного материала толщиной в величину немагнитного зазора, накрывают ярмом из пакета перемычек и стягивают все вместе обоймой.

Примечание: «звуковые» сигнальные магнитопроводы типа ШЛМ для выходных трансформаторов высококачественных ламповых усилителей мало пригодны, у них большое поле рассеяния.

На поз. 3 дана схема размеров сердечника для расчета трансформатора, на поз. 4 конструкция каркаса обмоток, а на поз. 5 – выкройки его деталей. Что до трансформатора для «бестрансформаторного» выходного каскада, то его лучше делать на ШЛМме вперекрышку, т.к. подмагничивание ничтожно мало (ток подмагничивания равен току экранной сетки). Главная задача тут – сделать обмотки как можно компактнее с целью уменьшения поля рассеяния; их активное сопротивление все равно получится много меньше 800 Ом. Чем больше свободного места останется в окнах, тем лучше получился трансформатор. Поэтому обмотки мотают виток к витку (если нет намоточного станка, это маета ужасная) из как можно более тонкого провода, коэффициент укладки анодной обмотки для механического расчета трансформатора берут 0,6. Обмоточный провод – марок ПЭТВ или ПЭММ, у них жила бескислородная. ПЭТВ-2 или ПЭММ-2 брать не надо, у них от двойной лакировки увеличенный наружный диаметр и поле рассеяния будет больше. Первичную обмотку мотают первой, т.к. именно ее поле рассеяния больше всего влияет на звук.

Железо для этого трансформатора нужно искать с отверстиями в углах пластин и стяжными скобами (см. рис. справа), т.к. «для полного счастья» сборка магнитопровода производится в след. порядке (разумеется, обмотки с выводами и наружной изоляцией должны быть уже на каркасе):

Готовят разбавленный вдвое акриловый лак или, по старинке, шеллак;
Пластины с перемычками быстро покрывают лаком с одной стороны и как можно быстрее, не придавливая сильно, вкладывают в каркас. Первую пластину кладут лакированной стороной внутрь, следующую – нелакированной стороной к лакированной первой и т.д;
Когда окно каркаса заполнится, накладывают скобы и туго стягивают болтами;
Через 1-3 мин, когда выдавливание лака из зазоров видимо прекратится, добавляют пластин снова до заполнения окна;
Повторяют пп. 2-4, пока окно не будет туго набито сталью;
Снова туго стягивают сердечник и сушат на батарее и т.п. 3-5 суток.

Собранный по такой технологии сердечник имеет очень хорошие изоляцию пластин и заполнение сталью. Потерь на магнитострикцию вообще не обнаруживается. Но учтите – для сердечников их пермаллоя данная методика неприменима, т.к. от сильных механических воздействий магнитные свойства пермаллоя необратимо ухудшаются!

На микросхемах

УМЗЧ на интегральных микросхемах (ИМС) делают чаще всего те, кого устраивает качество звука до среднего Hi-Fi, но более привлекает дешевизна, быстрота, простота сборки и полное отсутствие каких-либо наладочных процедур, требующих специальных знаний. Попросту, усилитель на микросхемах – оптимальный вариант для «чайников». Классика жанра здесь – УМЗЧ на ИМС TDA2004, стоящей на серии, дай бог памяти, уже лет 20, слева на рис. Мощность – до 12 Вт на канал, напряжение питания – 3-18 В однополярное. Площадь радиатора – от 200 кв. см. для максимальной мощности. Достоинство – способность работать на очень низкоомную, до 1,6 Ом, нагрузку, что позволяет снимать полную мощность при питании от бортовой сети 12 В, а 7-8 Вт – при 6-вольтовом питании, напр., на мотоцикле. Однако выход TDA2004 в классе В некомплементарный (на транзисторах одинаковой проводимости), поэтому звучок точно не Hi-Fi: КНИ 1%, динамика 45 дБ.

Более современная TDA7261 звук дает не лучше, но мощнее, до 25 Вт, т.к. верхний предел напряжения питания увеличен до 25 В. Нижний, 4,5 В, все еще позволяет запитываться от 6 В бортсети, т.е. TDA7261 можно запускать практически от всех бортсетей, кроме самолетной 27 В. С помощью навесных компонент (обвязки, справа на рис.) TDA7261 может работать в режиме мутирования и с функцией St-By (Stand By, ждать), переводящей УМЗЧ в режим минимального энергопотребления при отсутствии входного сигнала в течение определенного времени. Удобства стоят денег, поэтому для стерео нужна будет пара TDA7261 с радиаторами от 250 кв. см. для каждой.

Примечание: если вас чем-то привлекают усилители с функцией St-By, учтите – ждать от них динамики шире 66 дБ не стоит.

«Сверхэкономична» по питанию TDA7482, слева на рис., работающая в т. наз. классе D. Такие УМЗЧ иногда называют цифровыми усилителями, что неверно. Для настоящей оцифровки с аналогового сигнала снимают отсчеты уровня с частотой квантования, не мене чем вдвое большей наивысшей из воспроизводимых частот, величина каждого отсчета записывается помехоустойчивым кодом и сохраняется для дальнейшего использования. УМЗЧ класса D – импульсные. В них аналог непосредственно преобразуется в последовательность широтно-модулированных импульсов (ШИМ) высокой частоты, которая и подается на динамик через фильтр низких частот (ФНЧ).

Звук класса D с Hi-Fi не имеет ничего общего: КНИ в 2% и динамика в 55 дБ для УМЗЧ класса D считаются очень хорошими показателями. И TDA7482 здесь, надо сказать, выбор не оптимальный: другие фирмы, специализирующиеся на классе D, выпускают ИМС УМЗЧ дешевле и требующие меньшей обвязки, напр., D-УМЗЧ серии Paxx, справа на рис.

Из TDAшек следует отметить 4-канальную TDA7385, см. рис., на которой можно собрать хороший усилитель для колонок до среднего Hi-Fi включительно, с разделением частот на 2 полосы или для системы с сабвуфером. Расфильтровка НЧ и СЧ-ВЧ в том и другом случае делается по входу на слабом сигнале, что упрощает конструкцию фильтров и позволяет глубже разделить полосы. А если акустика сабвуферная, то 2 канала TDA7385 можно выделить под суб-УНЧ мостовой схемы (см. ниже), а остальные 2 задействовать для СЧ-ВЧ.

УМЗЧ для сабвуфера

Сабвуфер, что можно перевести как «подбасовик» или, дословно, «подгавкиватель» воспроизводит частоты до 150-200 Гц, в этом диапазоне человеческие уши практически не способны определить направление на источник звука. В АС с сабвуфером «подбасовый» динамик ставят в отельное акустическое оформление, это и есть сабвуфер как таковой. Сабвуфер размещают, в принципе, как удобнее, а стереоэффект обеспечивается отдельными СЧ-ВЧ каналами со своими малогабаритными АС, к акустическому оформлению которых особо серьезных требований не предъявляется. Знатоки сходятся на том, что стерео лучше все же слушать с полным разделением каналов, но сабвуферные системы существенно экономят средства или труд на басовый тракт и облегчают размещение акустики в малогабаритных помещениях, почему и пользуются популярностью у потребителей с обычным слухом и не особо взыскательных.

«Просачивание» СЧ-ВЧ в сабвуфер, а из него в воздух, сильно портит стерео, но, если резко «обрубить» подбасы, что, кстати, очень сложно и дорого, то возникнет очень неприятный на слух эффект перескока звука. Поэтому расфильтровка каналов в сабвуферных системах производится дважды. На входе электрическими фильтрами выделяются СЧ-ВЧ с басовыми «хвостиками», не перегружающими СЧ-ВЧ тракт, но обеспечивающими плавный переход на подбас. Басы с СЧ «хвостиками» объединяются и подаются на отдельный УМЗЧ для сабвуфера. Дофильтровываются СЧ, чтобы не портилось стерео, в сабвуфере уже акустически: подбасовый динамик, ставят, напр., в перегородку между резонаторными камерами сабвуфера, не выпускающими СЧ наружу, см. справа на рис.

К УМЗЧ для сабвуфера предъявляется ряд специфических требований, из которых «чайники» главным считают возможно большую мощность. Это совершенно неправильно, если, скажем, расчет акустики под комнату дал для одной колонки пиковую мощность W, то мощность сабвуфера нужна 0,8(2W) или 1,6W. Напр., если для комнаты подходят АС S-30, то сабвуфер нужен 1,6х30=48 Вт.

Гораздо важнее обеспечить отсутствие фазовых и переходных искажений: пойдут они – перескок звука обязательно будет. Что касается КНИ, то он допустим до 1% Собственные искажения басов такого уровня не слышны (см. кривые равной громкости), а «хвосты» их спектра в лучше всего слышимой СЧ области не выберутся из сабвуфера наружу.

Во избежание фазовых и переходных искажений усилитель для сабвуфера строят по т. наз. мостовой схеме: выходы 2-х идентичных УМЗЧ включают встречно через динамик; сигналы на входы подаются в противофазе. Отсутствие фазовых и переходных искажений в мостовой схеме обусловлено полной электрической симметрией путей выходного сигнала. Идентичность усилителей, образующих плечи моста, обеспечивается применением спаренных УМЗЧ на ИМС, выполненных на одном кристалле; это, пожалуй, единственный случай, когда усилитель на микросхемах лучше дискретного.

Примечание: мощность мостового УМЗЧ не удваивается, как думают некоторые, она определяется напряжением питания.

Пример схемы мостового УМЗЧ для сабвуфера в комнату до 20 кв. м (без входных фильтров) на ИМС TDA2030 дан на рис. слева. Дополнительная отфильтровка СЧ осуществляется цепями R5C3 и R’5C’3. Площадь радиатора TDA2030 – от 400 кв. см. У мостовых УМЗЧ с открытым выходом есть неприятная особенность: при разбалансе моста в токе нагрузки появляется постоянная составляющая, способная вывести из строя динамик, а схемы защиты на подбасах часто глючат, отключая динамик, когда не надо. Поэтому лучше защитить дорогую НЧ головку «дубово», неполярными батареями электролитических конденсаторов (выделено цветом, а схема одной батареи дана на врезке.

Немного об акустике

Акустическое оформление сабвуфера – особая тема, но раз уж здесь дан чертеж, то нужны и пояснения. Материал корпуса – МДФ 24 мм. Трубы резонаторов – из достаточно прочного не звенящего пластика, напр., полиэтилена. Внутренний диаметр труб – 60 мм, выступы внутрь 113 мм в большой камере и 61 в малой. Под конкретную головку громкоговорителя сабвуфер придется перенастроить по наилучшему басу и, одновременно, по наименьшему влиянию на стереоэффект. Для настройки трубы берут заведомо большей длины и, задвигая-выдвигая, добиваются требуемого звучания. Выступы труб наружу на звук не влияют, их потом отрезают. Настройка труб взаимозависима, так что повозиться придется.

Усилитель для наушников

Усилитель для наушников делают своими руками чаще всего по 2-м причинам. Первая – для слушания «на ходу», т.е. вне дома, когда мощности аудиовыхода плеера или смартфона не хватает для раскачки «пуговок» или «лопухов». Вторая – для высококлассных домашних наушников. Hi-Fi УМЗЧ для обычной жилой комнаты нужен с динамикой до 70-75 дБ, но динамический диапазон лучших современных стереонаушников превышает 100 дБ. Усилитель с такой динамикой стоит дороже некоторых автомобилей, а его мощность будет от 200 Вт в канале, что для обычной квартиры слишком много: прослушивание на сильно заниженной против номинальной мощности портит звук, см. выше. Поэтому имеет смысл сделать маломощный, но с хорошей динамикой отдельный усилитель именно для наушников: цены на бытовые УМЗЧ с таким довеском завышены явно несуразно.

Схема простейшего усилителя для наушников на транзисторах дана на поз. 1 рис. Звук – разве что для китайских «пуговок», работает в классе B. Экономичностью тоже не отличается – 13-мм литиевых батареек хватает на 3-4 часа при полной громкости. На поз. 2 – TDAшная классика для наушников «на ход». Звук, впрочем, дает вполне приличный, до среднего Hi-Fi смотря по параметрам оцифровки трека. Любительским усовершенствованиям обвязки TDA7050 несть числа, но перехода звука на следующий уровень классности пока не добился никто: сама «микруха» не позволяет. TDA7057 (поз. 3) просто функциональнее, можно подключать регулятор громкости на обычном, не сдвоенном, потенциометре.

УМЗЧ для наушников на TDA7350 (поз. 4) рассчитан уже на раскачку хорошей индивидуальной акустики. Именно на этой ИМС собраны усилители для наушников в большинстве бытовых УМЗЧ среднего и высокого класса. УМЗЧ для наушников на KA2206B (поз. 5) считается уже профессиональным: его максимальной мощности в 2,3 Вт хватает и для раскачки таких серьезных изодинамических «лопухов», как ТДС-7 и ТДС-15.

Добрый день.

Хочу продолжить рассказ о ламповом предусилителе для гибридного усилителя.

Внимание: Я появляюсь тут редко, чаще всего когда хочется отлынить от работы)). А все новое и интересное, неизменно в свежем виде, сразу попадает в инстаграм. Там же я с радостью отвесу на вопросы, если они возникнут. Кликайте СЮДА, переходите на мой аккаунт и подписывайтесь:) Я всегда буду очень Вам рад! Приятного чтения:)

Полная схема предусилителя:

Схема очень простая. Ничего выдумывать мы не стали. В основе, выбранный в прошлый раз, резистивный каскад. В нем нет ничего необычного.

В схему добавили активные фильтры на транзисторах VT1 и VT2. Они обеспечивают дополнительную очистку питания. Так как основная фильтрация будет выполняться внешним источником, то схемы фильтров упростили - сделали их одноступенчатыми.

Питать накал планируем от внешнего стабилизированного источника. Использование мощной фильтрации всех напряжений обеспечит отсутствие фона.

Пора собирать

С платой прототипа все как обычно: рисуем, печатаем, переводим, травим, сверлим и мелкой шкуркой зачищаем... После этого респиратор на лицо, баллончик с черной термостойкой краской в руки... красим плату в черный цвет. Так ее не будет видно в корпусе собранного усилителя.

Откладываем плату в сторону: пусть сохнет. Пора перетрясти коробки и подобрать детали. Часть компонентов новые, другие - выпаиваем из ранних прототипов (ну не пропадать же хорошим, практически новым компонентам?!).

Все готово к сборке, пора включать паяльник.

Паяльник нагрелся - паяем:

Примечание: паять удобнее, начиная с самых низкопрофильных компонентов и переходить к более высоким. Т.е. первыми паяем диоды, стабилитроны, потом резисторы, панельку под лампу, конденсаторы и т.д... Мы, конечно, нарушили эту последовательность и паяли так как придется:)

Установили конденсаторы. В данном проекте использованы отечественные К73-16. Хорошие конденсаторы. Мы проводили для них серию измерений спектров их нелинейности в разных режимах. Результаты порадовали. Об этом мы обязательно когда-нибудь напишем.

Запаиваем резисторы и прочую мелочь

Ставим панельку и электролитические конденсаторы.

Примечание: При пайке ламповой панельки в нее обязательно надо вставить лампу. Если этого не сделать, то после сборки могут возникнуть проблемы с установкой лампы. В некоторых (самых "тяжелых" случаях) можно даже цоколь лампы повредить.

Все детали на своих местах. Предусилитель готов.

Проверяем

Схема простая, и вероятность ошибки минимальна. Но проверить надо. Подключаем усилитель к источнику питания и включаем:

10 секунд - полет нормальный... 20... 30... все нормально: ничего не взорвалось и не задымилось. Накал спокойно светится, защиты тестового источника питания не срабатывают. Можно облегченно выдохнуть и проверить режимы: все отклонения в допустимых пределах для непрогретой лампы.

После 10-минутного прогрева все параметры установились и вышли к расчетным значениям. Рабочая точка выставлена.

Раз все хорошо, то можно продолжить. На вход подключаем источник тестового сигнала. На выход - резистор имитирующий входное сопротивление усилителя мощности. Включаем и промеряем все основные параметры каскада.

Все в пределах нормы. Искажения и коэффициент усиления совпали с тем, что было получено в предыдущей статье. Фона нет.

Вот и готов наш ламповый предусилитель. Пора переходить к созданию для него мощного выходного буфера на транзисторах. С тем же успехом его можно использовать и в чисто ламповой конструкции. Для этого понадобится сделать для него мощный ламповый выход.

Возможно имеет смысл сделать универсальный ламповый предусилитель (может быть в виде конструктора), для использования в ламповых и гибридных конструкциях?

С уважением, Константин М.

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 .

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.

И снова немного истории

Первым претендентом на роль предварительного усилителя с регулятором тембра стала схема Д. Стародуба (рис. 1) . 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.

--
Спасибо за внимание!

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.

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

▼ 🕗 25/02/12 ⚖️ 11,53 Kb ⇣ 149 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи - помоги мне!

--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

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).

Рис. 12. Активный регулятор тембра П. Баксандала

Как видно из схемы, показанной на рис. 12, активный регулятор тембра содержит пассивные элементы (резисторы R1 - R7, конденсаторы C1 – C4), включенные в стопроцентную параллельную отрицательную обратную связь по напряжению операционного усилителя DA1. Коэффициент передачи данного регулятора в среднем положении движков регуляторов тембра R2 и R6 равен единице, а для регулировки используются переменные резисторы с линейной характеристикой регулирования (кривая «А»). Иными словами, активный регулятор тембра свободен от недостатков пассивного регулятора.
Однако по качеству звучания этот регулятор явно хуже пассивного, что замечают даже неискушенные слушатели.

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

--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

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»).

Владимир Мосягин (MVV)

Россия, Великий Новгород

Радиолюбительством увлекся с пятого класса средней школы.
Специальность по диплому - радиоинженер, к.т.н.

Автор книг «Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником», «Секреты радиолюбительского мастерства», соавтор серии книг «Для прочтения с паяльником» в издательстве «СОЛОН-Пресс», имею публикации в журналах «Радио», «Приборы и техника эксперимента» и др.

Читательское голосование

Статью одобрили 70 читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

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.
Другие новости

Предыдущая статья: Новое поколение POST-карт Следующая статья: Когда, как и какой использовать ремень безопасности для детей