Усилитель низкой частоты. Простейшие усилители низкой частоты на транзисторах

— 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:

1. Полосе воспроизводимых частот.
2. Динамическому диапазону – отношению в децибелах (дБ) максимальной (пиковой) выходной мощности к уровню собственных шумов.
3. Уровню собственных шумов в дБ.
4. Коэффициенту нелинейных искажений (КНИ) на номинальной (долговременной) выходной мощности. КНИ на пиковой мощности принимается 1% или 2% в зависимости от методики измерений.
5. 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:

1. 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.
2. Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
3. 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):

1. Готовят разбавленный вдвое акриловый лак или, по старинке, шеллак;
2. 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;
3. Когда окно каркаса заполнится, накладывают скобы и туго стягивают болтами;
4. Через 1-3 мин, когда выдавливание лака из зазоров видимо прекратится, добавляют пластин снова до заполнения окна;
5. Повторяют пп. 2-4, пока окно не будет туго набито сталью;
6. 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.

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.

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?!).

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.

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.

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?

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

Янв 15

По уже сложившейся для себя традиции, раз в год нужно спаять что-то стоящее, новое и полезное, а так как звуковая болезнь для, которой ещё не придумали название и соответственно лекарства, не лечится захотелось сделать что-нибудь этакое связанное со звуком. Усилитель нормальный есть, акустика тоже….О! преда с регулятором тембра не хватает! Ну и началось. См.далее. Признаться честно начиналось всё это примерно год назад. Схема была выбрана, детали закуплены, но внезапно, как это часто бывает, всё рвение и желание куда-то пропало. Сложил в корпус будущего преда всю документацию, комплектующие и заморозил проектик до лучших времен. Времена эти пришли с наступлением холодов. И дальше пойдем по пунктам.

1- Выбор схемы предварительного усилителя

Самая сложная теоретическая часть – это выбрать схему совмещающую в себе высокую повторяемость и качество полученного результата. От многополосных эквалайзеров и схем темброблока на готовых, специально заточенных для этого микросхем отговорили на форуме, сказав, что это ГЭ и совсем не подходит для получения качественного звука. Также пробовал вот такую схему предусилителя с регулятором тембра

Схема предусилителя на TL072

В общем-то неплохо и для большинства усилителей, собранных на популярных микросхемах, типа TDAхххх этого преда будет достаточно. Регулировка ВЧ и НЧ находится довольно в большом диапазоне, по шумам не самый плохой вариант, да и простота в изготовлении подкупает, но ведь хочется получить результат выше среднего, значит ищем дальше.

Засмотрелся на предусилитель Солнцева. Схема давно известна, не сложная в сборке и настройке, и по соотношению хороших/плохих отзывов, хорошие перевешивают с большим преимуществом. Однако человек такое вредное существо, которому всегда хочется большего. Советские комплектующие из прошлого века использовать не хотелось. Можно собрать Солнцева используя, взамен отечественных современные импортные комплектующие, и люди собирают, так что, почему бы не попробовать?...

Следующая задача состояла в выборе схемы регулятора тембра. Активные, пассивные, на операционных усилителях, вариантов множество, но нужно выбрать один. Опять же исследуя форумы наткнулся на обсуждение регулятора тембра Матюшкина. Пассивный регулятор тембра, в котором кроме резисторов и конденсаторов больше нет никаких элементов, но по отзывам, такой правильно рассчитанный ТБ выдавал какой-то свой особенный звук, очень приятный и отличающийся от других РТ.

Начал «курить» как состыковать регулятор тембра Матюшкина с предварительным усилителем Солнцева и забрел на форум сxem.net где наткнулся на тему высококачественного предварительного усилителя Nataly. В этом предусилителе используется как раз связка ПУ похожего на Солнцевский и РТ Матюшкина. Потратил несколько дней на прочтение темы, которая на тот момент составляла около 90 страниц, но затраченное время стоило того. В итоге пришел к решению делать именно этот предусилитель!

2 - Корректировка схемы предусилителя под себя.

Оригинальная схема предусилителя «Натали» и имеющиеся под неё готовые печатные платы не подошли мне по ряду причин. Во-первых, оригинал имеет двухуровневое питание +/- 15в для питания ОУ и +/-30в для остальной части. Ну, это пол беды, там соединить резистор питания ОУ с шиной +/- 30 и вместо 30 подать 15В секундное дело. Главное, что побудило изменять схему и плату – это размеры имеющегося корпуса, и по прикидкам с теми платами, которые имеются на форуме и опробованы, я никак не помещаюсь в габариты коробушки. Выход только один – немножко упростить схему и выбросить лишние детали, чтобы уменьшить размеры ПП, да и разводку платы это должно облегчить.

Это оригинальная схема

Схема предусилителя Nataly

А это - моя, немножко упрощенная

Схема предварительного усилителя

Основные отличия:

1-убрал несколько электролитов по питанию, вместо них поставил конденсаторы большей емкости.

2 – вырезал из схемы обход регулятора тембра, и регулировку баланса

3 – и третье изменение – также вырезал блок тонкомпенсации на выходе предусилителя.

Эти изменения позволили незначительно уменьшить размеры печатной платы, чего хватило для нормальной установки ПП в корпус ПУ.

Вот так примерял все платы, напечатанные на бумаге.

Макет предварительного усилителя

Получилось, что законченное устройство состоит из 7 отдельных плат, или блоков. Ниже остановлюсь на каждом блоке подробнее и постараюсь не повторять то, что писал в серии статей об этом предусилителе в рубрике «В процессе работы»

3 – Полное описание предварительного усилителя

3.1 – Плата предварительного усилителя

Печатка для предварительного усилителя

Начну с платы предварительного усилителя. Как бы ни хотелось впихнуть сюда другие операционники, но по своему печальному опыту скажу – сохраните свое время и нервы, и ставьте то, что нужно, а нужно OPA134 или их сдвоенный вариант OPA132. К сожалению на момент заказа, в интернет магазине не было этих ОУ, и я заказал NE5534, который, кстати по перегрузочной способности лучше ОПАшек. Сколько же я провозился с ними потом, когда начал настраивать пред в бесконечных и безуспешных попытках избавиться от постоянки на выходе предусилителя. Даже установил 100 Ом_ные многооборотные подстроечники, вместо резисторов R9-R10,R30-R31, помеченных * . На выходе ОУ получается выставить 0, а на выходе буфера так же остается -100 - -150мВ. Оно вроде бы на слух и на звук не влияет, никаких искажений не вносит, и нет гула характерного для постоянного напряжения, но ведь этих милливольт не должно быть!

Жертвой этих экспериментов стали наушники, один ух которых храбро погиб в процессе настройки предусилителя. Устранял возбуждение в одном канале, замкнул вход опера на землю через конденсатор, припаял конденсатор в несколько пф уже не помню куда, смотрю на осциллографе возбуд пропал. Отпаиваю конденсатор, тем самым открывая вход и не утрудив себя ткнуть осциллографом в выход буфера подключаю наушники. Что-то странное, в одном канале звук есть, в другом что-то пукнуло и замолчало…Смотрю осциллографом, а там возбуд амплитудой вольт так в 10, который безжалостно убил маленький беззащитный динамик наушников. Причиной этого стал тот самый конденсатор, который устранял возбуждение с закрытым входом, но многократно его усиливал с открытым. В общем маялся я, маялся, и в итоге не осталось ничего кроме как убрать эти NE5534 и заказать OPA134.

Воткнул в панельки ОПАшки, включил питание и дрожащими руками касаюсь выхода буфера щупом осциллографа, иии луч осциллографа остался в том же положении! Может быть микросхемы бракованные и вообще ничего не усиливают? Увеличиваю чувствительность осцилла, и вижу, что постоянка всё же есть, но находится на уровне нескольких мВ. А что же на выходе ОУ? На выходе немного больше, но с помощью подстроечников сводится к нулю.

Отсюда вывод. Ребят, не надо ставить в схему детали, которые не предназначены для этой цели. Возможно в другой схеме та же NE5534 поведет себя даже лучше ОПАшки, а здесь из недорогих операционников нужна именно OPA.

3.2 – плата регулятора тембра Матюшкина

Схема регулятора тембра Матюшкина

Почему Матюшкин? Опять же причин несколько. Ну, во-первых в оригинале предусилителя Nataly стоит именно этот темброблок. Во-вторых, немаленькие размеры платы компенсируются простотой сборки и отсутствием какой-либо настройки, достаточно просто подобрать номиналы деталей как можно точнее. В-третьих, мое личное мнение, что любой электронный улучшайзер, коим являются активные регуляторы тембра вносит свои дополнительные нехорошие плюшки, а пассивный темброблок лишен этого недостатка. И четвертая причина – это форма АЧХ регулятора тембра Матюшкина, отличающаяся от других РТ. Хотелось услышать своими ушами и сравнить с другими темброблоками.

Плата РТ Матюшкина

Плату для РТ также пришлось рисовать заново с уменьшением габаритов. Да и к тому же в сети не нашел печатку РТ Матюшкина с переключением на имеющихся у меня реле РЭС47. Здесь не стал ничего изменять, кроме резистора, устанавливающего глубину регулировки ВЧ. В оригинале там стоит подстроечный резистор на 4,7кОм, я же вместо него впаял обычный, постоянный резистор на 4,7кОм. Управление, как и сказал, организовано на реле РЭС47.

3.3 – плата управления и индикации

Как говорится, дурная голова рукам покоя не даёт. Кнопочки фиксируемые есть маленького размера, прилепить к ним светодиоды, чтобы показывали какое реле в данный момент включено, труда большого не составило бы, а нет! Фиксируемые переключатели как-то не интересно (хорошо, что не пришло в голову делать сенсорное управление), да и светодиоды простовато выглядят. Надо сделать цифровую индикацию и нефиксируемое переключение, и лучше одной кнопкой. Написать прошивку? Ха! Плёвое дело, когда умеешь это делать…блин, я –то не умею. Тогда выход один – микросхемы логики Made in USSR-Russia. Не буду вдаваться в подробности, и описывать алгоритм работы этих микросхем, сделал это как мог в статье «Предусилитель Nataly – часть 2. Управление реле темброблока и индикацией», которую рекомендую для прочтения всем заинтересовавшимся таким типом управления.

Схема блока управления ПУ

Так вот выглядит схема этой небольшой платы, хотя могла состоять всего из восьми элементов S1-S4 и HL1-HL4. В общем переключения реле РТ происходит циклично, т.е. поочередно включаются-отключаются реле на плате темброблока и вместе с этим меняется показание индикатора от 0 до 4. «0» соответствует как бы отключенному регулятору тембра и далее по нарастающей 1-2-3 увеличивается подъем НЧ. На тройке низов очень много, очень, очень много! Если сравнивать с единственным имеющимся у меня фабричным усилителем «Вега 10У-120С», цифра 4 на индикаторе будет на слух примерно так же, как если выкрутить на максимум регулировку НЧ на Веге и при этом дополнительно включить тонкомпенсацию. Так что любители баса могут собрать четвертую часть РТ Матюшкина, соответствующую максимальному уровню НЧ и радоваться жизни. Ну, а ВЧ подкручивать переменником как в обычных темброблоках.

Плата блока управления и индикации

Ещё две кнопочки переключают входы предусилителя и режим индикации уровня сигнала «точка/столбик». Тоже можно назвать лишней функцией, но, что поделать, понт дороже денег. И конечно же не мог не сделать индикатор уровня сигнала, ведь когда красиво перемигиваются светодиоды, это выглядит интереснее.

Индикатор уровня сигнала на LM3915

Индикатор собран по проверенной очень многими схеме на МС LM3915, по одной на канал. А так как в размерах платы опять же я был ограничен, и всю площадь основной платы заняли детали для переключалок, а центральную часть блок светодиодов был вынужден делать этакую двухэтажную составную плату.

Плата индикатора уровня сигнала на LM3915

Микросхемы LM3915 и вся их обвязка на маленькой плате, соединяется с основной платой штырьевым разъемом.

3.4 – плата блока питания

С чего начинается блок питания? Правильно – с трансформатора! Но использование спутникового ресивера в качестве корпуса для предусилителя, диктовало свои условия для выбора трансформатора в блок питания, т.к. высота корпуса всего лишь около 4-х см и какой попало трансформатор туда не поставишь. Благо на работе нашлось разобранное переговорное устройство, к моему счастью с трансформатором ТП-30.

Трансформатор для предварительного усилителя

Отличный трансформатор, легко разбираемый и соответственно легко перематывающийся под нужное напряжение, и что самое главное по высоте как будто создан специально для моего корпуса. Мощность трансформатора примерно 30ватт, чего с головой хватит для использования этого транса в предусилителе.

Перемотал его под нужное напряжение, собирал, используя как обычно эпоксидную смолу, видимо хорошо угадал с соотношением смолы и отвердителя, и после сборки трансформатор не выдаёт ни звука.

Блок питания предусилителя

Для преда нужно было получить три разных напряжения: +/- 15в для питания платы предварительного усилителя, 9в для питания реле и платы индикации, и 5в для звуковой карты. Для каждого напряжения намотал отдельную обмотку и поставил три диодных моста.

Схема блока питания для предусилителя

Люблю я стабилизированное напряжение, поэтому для питания предусилителя сделал стабилизированный блок питания на LM317 / LM337. Для тонкой регулировки выходного напряжения в каждом плече для ЛМок установил многооборотные подстроечники. На выходе, для дополнительного сглаживания впаял резисторы 1Ом. В одну из ЛМок упиралось реле, стоящее на плате индикации, поэтому она переехала жить на обратную сторону платы.

Блок питания на LM317 для предусилителя

Стабилизатор на 5в сделал также, применив LM317 по стандартной схеме, но уже без подстроечника, а с обычным постоянным резистором, т.к. на плате ЦАПа есть дополнительные стабилизаторы.

9 Вольт сделал еще проще, применив в качестве стабилизатора микросхему 7809. Здесь наличие шумов никак не отразится на звуке и можно упростить схему, но стабилизация обязательна для устойчивой работы микросхем логики

Следующая на очереди >>>

3.5 – плата USB звуковой карты на PCM 2704

Звуковая карта на PCM2704

Серия статей о «цапостроительстве» на датагоре подтолкнула меня к тому, чтобы попробовать собрать для себя USB звуковую карту. Данная карточка представляет собой цифро-аналоговый преобразователь, т.е. при подключении этой платы к компьютеру она определяется, как звуковое устройство. Входящий цифровой сигнал на плату идет посредством USB кабеля, а на выходе получаем обычный, привычный для наших ушей звуковой сигнал. Выбрал для повторения самую простую схему на чипе PCM2704 с целью послушать на самом ли деле такая звуковушка играет лучше звуковой карты, установленной в компьютере.

Схема USB звуковой карты на PCM2704

До этого все усилители и наушники слушал через PCI карточку Creative Audigy2 и был ею очень доволен. Пропущу момент сборки, все-таки речь не конкретно о сборке ЦАПа, а о кратком обзоре звуковой карты, как части предварительного усилителя. Могу сказать, что результат превысил мои ожидания. В самом деле, звук, издаваемый этой маленькой карточкой, оказался лучше звука с Audigy 2 и тем более встроенного в материнскую плату чипа. В ходе сборки предусилителя был вынужден снова перейти на «внутрикомпьютерный» звук по причине невозможности включения USB, и какой же все-таки ватный и размытый звук исходит от встроенного чипа. Никакой прозрачности и воздушности, как будто нарисовали рисунок карандашом, а затем все линии слегка затерли пальцем. Вроде бы и бас есть, и высокие, но все какое-то не такое и не естественное.

Теперь, что касается непосредственно установки USB звуковой карты в корпус предварительного усилителя. В начале даже не планировал ее помещать в корпус преда, но подумав и прикинув, что полтора метра дешевого сигнального кабеля от предусилителя до усилителя будет лучше, чем полтора метра кабеля «предусилитель-усилитель» + ещё столько же от «звуковуха - пред», как это было бы в случае использования звуковой карты в том виде, котором она была, то бишь в отдельном корпусе. Поэтому поместил плату звуковой карты в корпус предусилителя, тем самым сократив длину кабеля «звуковая карта-предусилитель» с полутора метров, до 10 сантиметров. Питание планировалось сделать, не от USB входа, а от блока питания предусилителя, т.к. в теории качество питания от отдельного трансформаторного источника должно быть лучше того, что идет с компьютерного USB входа. На деле разницы не заметил ни ушами, ни осциллографом. И пятивольтовая шина питания блока питания осталась висеть в воздухе без использования. Звуковушка запитывается все так же – от USB, к тому же в этом есть одно большое преимущество – не нужно каждый раз включать предусилитель, когда захочется послушать музыку через наушники.

Так что, всем советую собрать хотя бы такую простейшую звуковую карту, останетесь очень довольны результатом. Или купить готовую, если не хватает навыков сборки цифровых устройств.

3.6 – плата регулировки громкости и высоких частот

Плата регуляторов громкости и ВЧ

Самая маленькая плата всего устройства, не представляющая особого интереса. На ней установлено всего лишь две детали – это переменный резистор регулировки громкости, и переменник регулировки высоких частот. С этой платы отходят два шлейфа проводов, один, шлейф регулировки громкости, на плату селектора входов. Второй шлейф регулировки ВЧ идёт на плату регулятора тембра. Больше написать про эту плату нечего.

3.7 – плата селектора входов

Плата селектора входов

И последняя часть предусилителя – это плата селектора входов, хотя так ее можно назвать с натяжкой, все-таки она имеет всего лишь 2 входа. На плате установлено три разъема: 2 сдвоенных тюльпана и мини джек. Переключение происходит через реле РЭС 47, также установленное на этой плате. В отсутствии питания на релюшке, замкнуты контакты идущие от звуковой карты с контактами входа платы предусилителя, при подачи питания на реле происходит разрыв этой цепи и замыкаются контакты входа предусилителя с звуковым входом «тюльпан». То есть на плате есть возможность переключения только двух входов, либо звук идет с встроенной в корпус ПУ звуковой карты, либо с внешнего источника посредством разъемов «тюльпан». Ещё один сдвоенный «тюльпан» предназначен для вывода сигнала с предусилителя, а мини джек жестко связан с выходом звуковой карты. К нему можно подключить еще один усилитель на который будет идти «чистый» сигнал не украшенный предварительным усилителем или как в моем случае – использую этот выход со звуковой карты для подключения наушников.

4 – настройка предварительного усилителя

По большому счету в настройке нуждается всего лишь одна часть предусилителя, и этой частью является сама плата предусилителя. Для нормальной работы схемы нужно установить ток покоя выходных транзисторов и делается это подбором сопротивления резисторов R9-R10,R30-R31 в (оригинале схемы 51Ом). Для данной схемы рекомендуемый ток покоя 20-22мА, что соответствует падению напряжения 300-350мВ на резисторах R20,R21,R40,R42 номиналом 15 Ом. Вычислить ток покоя очень просто, для этого нужно падение напряжения на этих резисторах разделить на их сопротивление. 300:15=20, т.е. при падении напряжения на резисторах R20,R21,R40,R42 - 300мв у нас ток покоя будет составлять 20мА. Один важный момент, в котором некоторые начинающие паяльщики допускают ошибку. Падение напряжения на резисторах измеряется путем подключения щупов вольтметра одного вывода резистора относительно другого вывода того же резистора, а не общего провода. Очевидная вещь, но по привычке можно подключить один вывод к резистору, а второй к общему, и получить очень удивительный результат. Если у вас падение напряжения находится вне диапазона 300-350 мВ то в зависимости от отклонения в большую или меньшую сторону нужно изменить номинал резисторов R9-R10,R30-R31. Для увеличения тока нужно увеличить сопротивление резисторов, а для уменьшения – соответственно впаять резисторы с меньшим сопротивлением. А вообще, для уменьшения заморочек с подбором этих резисторов, можно поступить следующим образом – впаять на место постоянных резисторов, подстроечные многооборотные резисторы 100 Ом и легко подстраивать и менять ток покоя по своему усмотрению.

Установка тока покоя предусилителя

На плате не предусмотрена установка таких резисторов, но, т.к. для регулировки используются только 2 вывода подстроечника из 3-х, просто спаиваем среднюю ножку такого резистора с одной из крайних, и впаиваем на место постоянного. В дальнейшем, для конечной установки тока покоя можно замерить сопротивление на подстроечном и уже с высокой точностью подобрать постоянный резистор нужного сопротивления.

Теперь нужно посмотреть наличие постоянки на выходе каждого буфера и всех 4-х операционных усилителей. При правильной сборке и использовании именно тех компонентов, которые нужны, она должна составлять несколько мВ, не более 5-10мВ. Если вы увидите там несколько десятков мВ, значит либо у вас где-то что-то неправильно спаяно, либо по ошибке впаяли резистор не того номинала, либо же где-то есть возбуд, и для его поиска будет нужен осциллограф. В случае, если у вас установлены подстроечные резисторы можно попытаться установить «0» подбором сопротивления этих двух резисторов, например R9 и R10 для первого буфера. Получится небольшой разбаланс по сопротивлению резисторов в положительном и отрицательном плече, но зато будет устойчивый ноль на выходе ОУ и буфера. При этом следует помнить, что изменение сопротивления этих резисторов ведет к изменению тока покоя, поэтому советую подключить два вольтметра, или вольтметр + осциллограф и наблюдать за их показаниями. Чтобы и падение напряжения не выходило за рекомендуемые границы, и постоянка была близка к нулю. Забыл сказать, о том, что все эти регулировки нужно делать с закрытым входом предусилителя.

Для поиска возбуда нужно смотреть форму сигнала во всевозможных точках. В зависимости от точки на схеме к которой вы будите подключать осциллограф должна быть ровная линия, без разных «ежиков» ,характерных для возбуждения. В моем случае такой «ежик», т.е. сигнал 0,5В формой напоминающий синусоиду в несколько мегагерц был на эмиттере транзистора VT3, проблема это легко решилась припаиванием конденсатора в 20пФ между базой и коллектором этого транзистора. В трех других буферах возбуждения не обнаружил.

Проверка меандра на предусилителе

На выходе мы должны увидеть четкие прямоугольники, если же там какая-то гадость – ищем ошибку.

По поводу ошибок. Следует очень внимательно подбирать детали, и каждую деталь дополнительно проверять перед установкой. Опять же случай из личного опыта. Все работает, меандр хороший, подключаю к генератору и вижу, что после 7кГц идет явный завал. После внимательного осмотра, который отнял немало времени обнаружил, что вместо конденсатора 10пФ, который стоит между 2 и 6 ножками ОУ и служит для устранения возможного возбуждения на высоких частотах (несколько мГц) у меня стоит конденсатор в 100пФ, который срезал все что выше 7кГц. Заменил его на нужный, в 10пФ и АЧХ стала равномерной.

Что касается платы управления реле и индикации. Здесь не все так гладко и понятно. Во-первых, был неприятно удивлен качеством отечественных деталей, из которых половина оказались бракованными. Во-вторых, те, которые вроде как рабочие ведут себя совершенно непонятно. Либо работают через раз, либо работают в известном только им алгоритме. Поясню, что именно я имею ввиду.

Возьмем микросхему К176ИЕ4. При включении питания по только ей известной причине на экране загорается то 0, то 1. Когда включается с однеркой – все нормально, режимы темброблока соответствуют цифре на индикаторе, т.е. 0 – минимальные НЧ, 3 –максимальные. Когда же включается с нулем, то минимальное у нас уже на 3, а максимальное на 2. Выходит, что счетчик К561ИЕ9А считает все верно, а вот ИЕ4 подглючивает. В добавок к этому иногда проскакивают ложные срабатывания, т.е. нажимаю на кнопку один раз, а цифра с 1 перескакивает на 3 или даже на 0.

То же самое с К155ТМ2, которая управляет селектором входа и переключением режимов уровня сигнала. Два переключателя, собирал абсолютно по одинаковой схеме, в итоге один переключатель работает как часы, другой нужно раз 5 нажать, чтобы он сработал. Как такое может быть?...Впаивают другую микру, та вообще не хочет переключать ничего. В общем методом научного тыка напаял уже не помню на какие ножки конденсаторов в несколько пФ, и теперь вроде как переключения стабильные. Не буду обозначать эти конденсаторы на схеме дабы не вводить в заблуждение, собирайте по стандартной схеме включения, а там уже ориентируйтесь по обстоятельствам.

5. – Разводка земли

Опасался я этого момента исходя из личного опыта, потому что обычно возникают на этом этапе проблемы с правильной разводкой земли и подключением общего провода. Явным признаком неправильной разводки является характерный гул, свидетельствующий о том, что где-то образовалась земляная петля, либо другие неправильности. В случае с предусилителем пошел другой дорогой, сделать не как красивее, и чтобы было меньше проводов, а как правильнее. И в конечном итоге получил положительный результат. Фона нет, даже с выкрученной на максимум ручкой громкости, гула от неправильной земли тоже не наблюдается, в общем результат превысил мои ожидания.

Разводка земли в предусилителе

Как же я соединил общие провода…Очень просто. Свел все в одну точку, и эта точка оказалась платой регуляторов громкости и высоких частот. Например, в питании платы предварительного усилителя плюсовой и минусовой провод припаял к самой плате ПУ, а общий к плате регуляторов, и затем уже от платы РГ и ВЧ подпаял коротенький проводок на общую дорожку платы ПУ. То же самое сделал и с другими общими проводками, многочисленными щупальцами электрического осьминога они идут от платы регулировок ко всем остальным.

Блок-схема предварительного усилителя

Попытался нарисовать блок-схему всего этого. Надеюсь, что ничего не напутал, и получилось более-менее понятно.

6. Корпус.

Корпус, как я уже говорил замечательно подошел от спутникового ресивера «Odissey». Подкупил он меня своим большим окном, в котором отображались часы, номер канала и другая информация, а также размерами корпуса. Аналогичные по размеру корпуса от DVD проигрывателей значительно ниже, и к тому же имеют отсек для загрузки диска, что влечет за собой переделывание лицевой панели, в этом же случае ничего переделывать не понадобилось. Для окончательной доводки мне оставалось лишь просверлить в «морде» два отверстия для крепления регуляторов громкости и высоких частот, ну и закрасить ненужные надписи. Краску использовал как обычно – аэрозоль из автомагазина. Черный матовый цвет точь в точь совпал с цветом панели, поэтому даже не понадобилось красить всю панель, работа свелась к аккуратному закрашиванию надписей и установки алюминиевых ручек.

Лицевая панель предусилителя

Ручки регулировки громкости и тембра

Пошел на ухищрения при установке платы селектора входов. Стандартным способом ее установить не представлялось возможным, т.к. мешала плата регулятора тембра, и мне не оставалось ничего, кроме как прикрутить ее вверх ногами, и дополнительно притянуть пластиковым хомутиком.

Плата селектора входов

Все платы закреплены через пластиковые втулки. Внутрь втулки (или проставки) вкручивается винт, в плате высверливается отверстие по внешнему диаметру втулки, все это дело притягивается сверху гаечкой, и плата надежно изолирована от контакта с корпусом.

Изолятор для платы от корпуса

Также можете видеть, что к транзисторам на плате предусилителя прикрутил небольшие Г-образные радиаторы, вырезанные из алюминиевой пластины. Радиаторы совсем не большие, но температура транзисторов значительно уменьшилась.

Все припаянные к платам провода для надежности залил термоклеем.

Под плату блока питания положил картонную прокладку, так, на всякий случай.

Изолирующая прокладка для платы блока питания

Хоть между платой и корпусом есть запас в несколько мм, для перестраховки сделал дополнительную, контрольную изоляцию. Все-таки на плате находится сетевой выключатель и случайно получить на металлическом корпусе контакт с 220В особого желания нет.

В результате получилось, как в поговорке «В тесноте, да не в обиде». Все кучно, все плотно, но ничего не мешает.

Компоновка предварительного усилителя

Царем чувствует себя плата ЗВ карты, вокруг нее имеется еще пара свободных сантиметров! Дабы уменьшить возможные наводки от трансформатора, закрыл его металлической крышкой. И еще в ходе испытаний выяснилось, что очень сильно греется 9-ти вольтовый стабилизатор. Пришлось к нему прикрутить небольшой радиатор.

7. – заключение.

Корпус для предварительного усилителя

Такая вот не маленькая статья получилась, но и работа была проделана тоже не маленькая, и что мне хочется сказать в заключении. Хотите честно? Сделал еще одну игрушку! Да, оно светится и перемигивается, да звук стал как бы ярче и появилась возможность регулировать высокие и низкие частоты, да, в самом деле, регулятор тембра Матюшкина как-то по своему, по особенному украшает звук, но в целом какого-то кардинального улучшения, от которого хочется прыгать до потолка к сожалению нет…Звук стал интереснее, но не более того. Не подумайте, что я плохо отзываюсь о схеме или отговариваю вас от повторения, ни в коем случае! Если вы настоящий радиолюбитель «больной звуком», то вы получите массу удовольствия от самого процесса сборки устройства, да и сам я ни чуть не жалею о потраченном времени и силах, ведь в конце концов в моем арсенале появилась довольно качественная вещь, которая позволяет обогатить звук и настроить его под свои предпочтения. Не буду скрывать, что после сборки преда, слушаю музыку не напрямую через звуковую карту, а через этот предусилитель. Я лишь хочу сказать, что мои слуховые рецепторы не смогли меня заставить завизжать от радости. Возможно, акустика не та, возможно усилитель, возможно уши. Кстати про усилитель, подключал этот пред пока лишь только к гибриду на полевиках, нужно будет подключить к моему любимому чисто ламповому усилителю на Г807 и послушать что он скажет об этой связке.

Собранный пред!

В общем, друзья! Вот вам готовые, проверенные лично мной печатки. Хочу предупредить насчет платы управления, она может незначительно отличаться от схемы, т.к. многократно дорабатывалась.

Паяйте, пробуйте, экспериментируйте, возможно - это именно то, что Вы искали! Не слушайте никого в том числе меня, потому что у каждого из Вас свои вкусы и предпочтения, как говорится на вкус и цвет… Надеюсь статья была полезной и даст кому-то из Вас стартовый пинок для сборки данного предварительного усилителя.

Усилители низкой частоты (УНЧ) используют для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для непосредственного восприятия через электродинамические или иные излучатели звука.

Заметим, что высокочастотные усилители до частот 10... 100 МГц строят по аналогичным схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, во сколько частота высокочастотного сигнала превосходит частоту низкочастотного.

Простой усилитель на одном транзисторе

Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером, показан на рис. 1. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль. Допустимое напряжение питания для этого усилителя 3...12 В.

Величину резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, поскольку его оптимальная величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля, коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.

Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор.

Для выбора начального значения резистора R1 следует учесть, что его величина примерно в сто и более раз должна превышать сопротивление, включенное в цепь нагрузки. Для подбора резистора смещения рекомендуется последовательно включить постоянный резистор сопротивлением 20...30 кОм и переменный сопротивлением 100... 1000 кОм, после чего, подав на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, вращением ручки переменного резистора добиться наилучшего качества сигнала при наибольшей его громкости.

Величина емкости переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в пределах от 1 до 100 мкФ: чем больше величина этой емкости, тем более низкие частоты может усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 - 4).

Улучшениые варианты однотранзисторного усилителя

Усложненные и улучшенные по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителей приведены на рис. 2 и 3. В схеме на рис. 2 каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотнозависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор С2), улучшающей качество сигнала.

Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.

Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.

Рис. 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы транзистора.

В схеме на рис. 3 смещение на базу транзистора задано более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество работы усилителя при изменении условий его эксплуатации. «Автоматическая» установка смещения на базе усилительного транзистора применена в схеме на рис. 4.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах

Соединив последовательно два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Усиление такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления отдельно взятых каскадов. Однако получить большое устойчивое усиление при последующем наращивании числа каскадов нелегко: усилитель скорее всего самовозбудится.

Рис. 5. Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ.

Новые разработки усилителей НЧ, схемы которых часто приводят на страницах журналов последних лет, преследуют цель достижения минимального коэффициента нелинейных искажений, повышения выходной мощности, расширения полосы усиливаемых частот и т.д.

В то же время, при наладке различных устройств и проведении экспериментов зачастую необходим несложный УНЧ, собрать который можно за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное число дефицитных элементов и работать в широком интервале изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Схема УНЧ на полевом и кремниевом транзисторах

Схема простого усилителя мощности НЧ с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется номиналом потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. На выход усилителя можно подключать нагрузку сопротивлением от 2...4 до 64 Ом и выше.

При высокоомной нагрузке в качестве VT2 можно использовать транзистор КТ315. Усилитель работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 3 до 15 В, хотя приемлемая работоспособность его сохраняется и при снижении напряжения питания вплоть до 0,6 В.

Емкость конденсатора С1 может быть выбрана в пределах от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 =100 мкФ) УНЧ может работать в полосе частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.

Рис. 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.

Амплитуда входного сигнала УНЧ не должна превышать 0,5...0,7 В. Выходная мощность усилителя может изменяться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и величины питающего напряжения.

Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливают напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50...60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 должен быть установлен на теплоотводя-щей пластине (радиаторе).

Трекаскадный УНЧ с непосредственной связью

На рис. 7 показана схема другого внешне простого УНЧ с непосредственными связями между каскадами. Такого рода связь улучшает частотные характеристики усилителя в области нижних частот, схема в целом упрощается.

Рис. 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами.

В то же время настройка усилителя осложняется тем, что каждое сопротивление усилителя приходится подбирать в индивидуальном порядке. Ориентировочно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30...50) к 1. Резистор R1 должен быть 0,1...2 кОм. Расчет усилителя, приведенного на рис. 7, можно найти в литературе, например, [Р 9/70-60].

Схемы каскадных УНЧ на биполярных транзисторах

На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных УНЧ на биполярных транзисторах. Такие усилители имеют довольно высокий коэффициент усиления Ку. Усилитель на рис. 8 имеет Ку=5 в полосе частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 при коэффициенте гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [РЛ 3/99-10].

Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.

Рис. 9. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 100.

Экономичный УНЧ на трех транзисторах

Для портативной радиоэлектронной аппаратуры важным параметром является экономичность УНЧ. Схема такого УНЧ представлена на рис. 10 [РЛ 3/00-14]. Здесь использовано каскадное включение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включен таким образом, что стабилизирует рабочую точку VT1 и VT3.

При увеличении входного напряжения этот транзистор шунтирует переход эмиттер — база VT3 и уменьшает значение тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT3.

Рис. 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.

Как и в приведенной выше схеме (см. рис. 6), входное сопротивление этого УНЧ можно задавать в пределах от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль, например, ТК-67 или ТМ-2В. Телефонный капсюль, подключаемый при помощи штекера, может одновременно служить выключателем питания схемы.

Напряжение питания УНЧ составляет от 1,5 до 15 В, хотя работоспособность устройства сохраняется и при снижении питающего напряжения до 0,6 В. В диапазоне напряжения питания 2... 15 В потребляемый усилителем ток описывается выражением:

1(мкА) = 52 + 13*(Uпит)*(Uпит),

где Uпит - напряжение питания в Вольтах (В).

Если отключить транзистор VT2, потребляемый устройством ток увеличивается на порядок.

Двухкаскадные УНЧ с непосредственной связью между каскадами

Примерами УНЧ с непосредственными связями и минимальным подбором режима работы являются схемы, приведенные на рис. 11 - 14. Они имеют высокий коэффициент усиления и хорошую стабильность.

Рис. 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (низкий уровень шумов, высокий КУ).

Рис. 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.

Рис. 13. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315 - вариант 2.

Микрофонный усилитель (рис. 11) характеризуется низким уровнем собственных шумов и высоким коэффициентом усиления [МК 5/83-XIV]. В качестве микрофона ВМ1 использован микрофон электродинамического типа.

В роли микрофона может выступать и телефонный капсюль. Стабилизация рабочей точки (начального смещения на базе входного транзистора) усилителей на рис. 11 - 13 осуществляется за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении второго каскада усиления.

Рис. 14. Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.

Усилитель (рис. 14), имеющий высокое входное сопротивление (порядка 1 МОм), выполнен на полевом транзисторе VT1 (истоковый повторитель) и биполярном — VT2 (с общим).

Каскадный усилитель низкой частоты на полевых транзисторах, также имеющий высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.

Рис. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.

Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой

Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.

Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.

Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов СЗ, С4.

Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.

Если вам нужна схема простого лампового УНЧ то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.