Как работает схема предусилителя с темброблоком. Какие основные узлы входят в его состав. Как правильно подобрать компоненты и настроить устройство. На что обратить внимание при сборке.
Основные узлы и принцип работы предусилителя с темброблоком
Предварительный усилитель с темброблоком состоит из нескольких основных функциональных узлов:
- Входной каскад с регулировкой баланса
- Регулятор громкости
- Темброблок (регулятор тембра)
- Выходной каскад
- Блок питания
Рассмотрим подробнее назначение и особенности работы каждого из этих узлов.
Входной каскад
Входной каскад выполняет несколько важных функций:
- Обеспечивает высокое входное сопротивление (порядка 20-50 кОм)
- Защищает схему от перегрузки по входу
- Позволяет регулировать баланс между каналами
Как правило, входной каскад строится на операционном усилителе, включенном по схеме неинвертирующего усилителя. На входе устанавливается фильтр верхних частот для подавления сетевых помех.
Регулятор громкости
Регулятор громкости обычно реализуется на основе логарифмического потенциометра. Важно выбрать качественный потенциометр с малыми шумами. Часто применяются сдвоенные потенциометры для обеспечения одинаковой регулировки в обоих каналах.
Темброблок
Темброблок позволяет регулировать амплитудно-частотную характеристику усилителя, подчеркивая или ослабляя низкие и высокие частоты. Наиболее распространены схемы темброблока на основе регуляторов Баксандалла.
Особенности схемотехники предусилителя
При разработке схемы предусилителя с темброблоком необходимо учитывать следующие моменты:
- Применение малошумящих операционных усилителей (например, NE5532)
- Тщательная развязка по питанию каждого каскада
- Использование прецизионных резисторов в цепях обратной связи
- Экранирование чувствительных узлов схемы
Важно обеспечить симметричность каналов для достижения хорошей стереопанорамы. Для этого компоненты в левом и правом каналах подбираются с минимальным разбросом номиналов.
Подбор компонентов и настройка предусилителя
При сборке предусилителя с темброблоком следует уделить особое внимание выбору компонентов:
- Операционные усилители — малошумящие, с низким ТКН (NE5532, OPA2134)
- Резисторы — прецизионные металлопленочные (1%)
- Конденсаторы — полипропиленовые или полистирольные в сигнальных цепях
- Потенциометры — высококачественные, с низким уровнем шумов
Настройка предусилителя сводится к установке нужных коэффициентов усиления и проверке частотных характеристик. При необходимости производится подстройка номиналов компонентов в темброблоке для получения требуемых диапазонов регулировки тембра.
Практические советы по сборке предусилителя
При сборке предусилителя с темброблоком рекомендуется придерживаться следующих правил:
- Использовать качественную печатную плату с толстыми дорожками
- Применять экранированные провода для межблочных соединений
- Разделять аналоговую и цифровую «земли»
- Устанавливать развязывающие конденсаторы рядом с выводами питания микросхем
- Использовать отдельные стабилизаторы питания для каждого канала
Тщательность монтажа и правильный выбор компонентов позволят получить предусилитель с отличными характеристиками по шумам и искажениям.
Измерение параметров готового предусилителя
После сборки предусилителя необходимо измерить его основные параметры:
- Коэффициент усиления на разных частотах
- Уровень собственных шумов
- Коэффициент гармонических искажений
- Диапазон регулировки тембра
- Максимальное выходное напряжение
Для измерений потребуется качественный генератор звуковых частот и осциллограф. Полученные результаты сравниваются с расчетными значениями. При необходимости производится дополнительная настройка схемы.
Возможные проблемы и способы их устранения
При отладке предусилителя с темброблоком могут возникнуть следующие проблемы:
- Повышенный уровень шума — проверить качество экранировки и развязки по питанию
- Искажения на высоких уровнях сигнала — увеличить напряжение питания ОУ
- Неравномерность АЧХ — проверить номиналы компонентов в темброблоке
- Различие параметров каналов — более тщательно подобрать компоненты
Большинство проблем решается путем тщательной проверки монтажа и подбора элементов схемы. В сложных случаях может потребоваться замена операционных усилителей на более качественные модели.
Предварительный усилитель с активным темброблоком
Схема самодельного предварительного усилителя, предназначен для работы с высококачественным стереофоническим усилителем мощности чувствительностью 0,75… 1 В.
Основные параметры:
- Номинальный диапазон частот, Гц — 20…20000;
- Номинальное входное напряжение (при выходном напряжении 1 В), мВ — 250;
- Входное сопротивление, кОм — 140;
- Сопротивление нагрузки, кОм, не менее — 10;
- Диапазон регулирования громкости (на частоте 2,5 кГц), ДБ = 56;
- Пределы регулирования тембра (на частотах 30 и 20 000 Гц относительно частоты 1000 Гц) дБ ±20;
- Коэффициент гармоник, %,- не более (регуляторы громкости и тембра в положениях, -соответствующих максимальной громкости и максимальному подъему АЧХ) — 0,03;
- Отношение сигнал/шум (невзвешенное), дБ, не менее (регуляторы в положениях максимальной громкости и линейной АЧХ) — 80.
Принципиальная схема
Каждый из каналов предварительного усилителя состоит из истокового повторителя на полевом транзисторе V1 и активных регуляторов громкости и тембра, выполненных соответственно на транзисторах V2, VЗ и V4, V5.
Истоковый повторитель необходим при использовании усилителя с источниками сигнала, обладающими большим выходным сопротивлением.
Если же устройство используется в магнитофоне или проигрывателе, корректирующие усилители которых имеют, как правило, низкое выходное сопротивление, повторитель можно исключить.
В этом случае сигнал подают на конденсатор С2 (поменяв полярность его включения на обратную) через делитель, составленный из резисторов сопротивлением 8,2 кОм и 910 Ом.
Усилители активных регуляторов громкости и тембра одинаковы по схеме и отличаются друг от друга только номиналами некоторых элементов.
Соотношения между номиналами элементов С2, R6, С3, R8, R12, С4 активного регулятора громкости подобраны так, чтобы при данном выходном сопротивлении истокового повторителя (600.
.. 1000 Ом) обеспечить наилучшую тонкомпенсацию во всем диапазоне регулирования.
Требуемый при малой громкости подъем усиления на низших и высших частотах создается соответственно конденсаторами С4 и С3.
Емкость конденсатора С2 выбрана из условия отсутствия подъема АЧХ при максимальной громкости. Громкость регулируют переменным резистором R8, стереобаланс — переменным резистором R29.
Элементы регулятора тембра включены в цепь ООС, охватывающей усилитель на транзисторах V4, V5. На низших частотах тембр регулируют переменным резистором R20, на высших — резистором R22.
При использовании регулятора тембра в других трактах следует учитывать, что выходное сопротивление предшествующего каскада должно быть не более 700 Ом.
Детали
Стабилизатор напряжения на транзисторах V6, V8 позволяет использовать для питания усилителя любой нестабилизированный источник.
В усилителе можно использовать любые кремниевые высокочастотные транзисторы соответствующей структуры со статическим коэффициентом передачи тока к2іЭ не менее 400 (V2), 300 (V4) и 100 (V3t V5).
Конденсатор С2 желательно подобрать с точностью не менее 10 %. Если это невозможно, подбирают конденсатор С4 емкость которого должна составлять 0,05 емкости конденсатора, С2.
Транзистор V8 необходимо снабдить теплоотводом в виде флажка, согнутого из листойой меди или латуни толщиной 0,5…0,6 мм.
Налаживание
Налаживание усилителя сводится к подбору резистора R4* до получения на истоке транзистора V1 напряжения 6 В. Режимы работы остальных транзисторов устанавливаются автоматически.
Источники:
- Галченков Л. — Блок регулирования громкости и тембра. Радио 4-1980.
- Борноволоков Э. П., Фролов В. В. — Радиолюбительские схемы.
Предварительный усилитель с претензией на Hi-End! (часть I) « РадиоГазета – принципиальные схемы для меломанов и аудиофилов
Автор: Douglas Self (Дуглас Селф), вольный перевод статьи: главный редактор «РадиоГазеты»
Современные цифровые источники звука (CD-проигрыватели, ЦАПы и т.
п.) имеют очень низкий уровень шумов. Гораздо ниже, чем винил или магнитная лента. Из-за этого требования к шумам последующего усилительного тракта на сегодняшний день стали гораздо выше, чем в эпоху аналогового звука. В свете этих требований при разработке описанного ниже предварительного усилителя в первую очередь ставилась задача получения качественного звучания при ультранизком уровне шумов без применения экзотических или дорогостоящих компонентов.
В большинстве каскадов автор применил свои любимые операционные усилители NE5532, но в некоторых узлах используются LM4562, так как в последнее время они стали доступнее и позволяют получить гораздо меньшие искажения при работе на низкоомную нагрузку.
Что за меломан ( и уж тем более аудиофил) без винила? Именно для них предусилитель оснащен двумя фонкорректорами под разные типы звукоснимателей. Кроме того, конструкция имеет регулятор тембра, наглядный индикатор уровня и симметричные выходы, что сегодня стало практически стандартом для высококачественной аудио-аппаратуры.
Структурная схема предусилителя показана на рисунке:
Увеличение по клику
Все модули собраны на отдельных печатных платах, что упрощает их размещение в корпусе и облегчает коммутацию. В этой части цикла статей приводится описание схемы непосредственно усилителя с регуляторами громкости, баланса и тембра, а также организации симметричного выхода.
Принципиальная схема модуля предварительного усиления:
Увеличение по клику
Все сопротивления (не только резисторы, но и сопротивления активных компонентов, например сопротивление базы транзистора) генерируют шумы, уровень которых зависит от величины сопротивления и температуры. Так как повлиять на температуру в помещении прослушивания довольно сложно, то единственный способ уменьшить шумы сопротивлений — это уменьшать величину самого сопротивления. Отсюда вытекает главная особенность представленной схемы — использование низкоомных резисторов на всём пути звукового сигнала.
Если для постоянных резисторов выбор низкоомных номиналов не представляет проблем, то для переменных резисторов (для регуляторов громкости, баланса и тембра) номинальный ряд существенно ограничен. Обычно в этих цепях можно увидеть переменные резисторы на 47кОм, 22кОм, в лучшем случае 10 кОм. В данной конструкции Дуглас Селф применил переменные резисторы на 1кОм — это, пожалуй, минимальный номинал из доступных среди переменных резисторов.
Кстати, вот характеристики, которых удалось достичь:
(Измерения проводились при напряжении питания 17В, при отключенных регуляторах тембра, с использованием симметричных входов и выходов)
| Коэффициент гармоник+шум (входной сигнал 0,2В, выходной — 1В) | 0,0015% (1 kHz, B = 22 Hz до 22 kHz) 0,0028% (20 kHz, B = 22 Hz до 80 kHz) |
| Коэффициент гармоник+шум (входной сигнал 2В, выходной — 1В) | 0,0003% (1 kHz, B = 22 Hz до 22 kHz) 0,0009% (20 kHz, B = 22 Hz до 80 kHz) |
| Отношение сигнал/шум (при входном сигнале 0,2В) | 96 dB (B = 22 Hz до 22 kHz) 98,7 dBA |
| Полоса воспроизводимых частот: | 0,2 Hz до 300 kHz |
| Максимальный уровень выходного сигнала (при 0,2В входного): 1,3 В | |
| Регулировка баланса | +3,6 dB до -6,3 dB |
| Регулировка низких частот | ±8 dB (100 Hz) |
| Регулировка высоких частот | ±8,5 dB (10 kHz) |
| Разделение каналов (R->L) | -98 dB (1 kHz) -74 dB (20 kHz) |
| Разделение каналов (L->R) | -102 dB (1 kHz) -80 dB (20 kHz) |
Использование низкоомных резисторов также позволяет снизить смещение операционных усилителей входными токами, что также снижает шум, вызванный колебаниями токов ОУ.
Для снижения шумов активных компонентов в схеме использовано параллельное соединение каскадов. Конечно, можно было бы использовать современные малошумящие ОУ типа AD797. Но это будет значительно дороже и сложнее (так как в одном корпусе содержится только один ОУ). Обращаю внимание, что речь идёт не о параллельном соединении микросхем (когда их напаивают этажеркой друг на друга), а о параллельном соединении усилительных каскадов. Только в этом случае шумы усилительных элементов будут некоррелируемые, за счёт чего общий уровень шума уменьшается на 3дБ при запараллеливании 2-х каскадов. При параллельном соединении 4-х каскадах шум уменьшается на 6дБ, т.е. в два раза.
Если запараллелить 8 каскадов, то шум уменьшится на 9 дБ, но для такого выигрыша затраты получаются неоправдано высоки.
Из-за применения низкоомных резисторов в регуляторе тембра номиналы конденсаторов получились гораздо больше привычных. Но сегодня это не является проблемой для современной элементной базы.
Линейный вход и регулятор баланса.
Для снижения шумов и помех непосредственно на входе усилителя установлен фильтр R1C1 и R2C2 . Буферные каскады IC1A и IC1B обеспечивают входное сопротивление порядка 50кОм и улучшают подавление синфазных помех. Непосредственно усилительный каскад собран на LM4562 (IC2A), коэффициент усиления которого регулируется потенциометром P1A. Этот же потенциометр в правом канале включен «противофазно» левому, за счет чего получается регулировка баланса. Обратная связь в каскаде реализована через два параллельных буфера IC3A и IC3b, за счёт чего достигается неизменность коэффициента усиления каскада независимо от изменения нагрузки. Кроме того, такое решение снижает уровень шума и обеспечивает низкое выходное сопротивление.
Типовая реализация регулятора баланса обычно негативно влияет на сцену и «виртуальное» расположение инструментов, из-за чего довольно редко встречается в Hi-End аппаратуре. Решение данного узла, предложенное Дугласом Селфом, не имеет этого недостатка.
Уровень шума этой части предусилителя составляет всего -109 дБ в среднем положении регулятора баланса, -106 дБ при максимальном и -116 дБ при минимальном положениях регулятора (в полосе частот 22 Гц до 22 кГц).
Блок питания УНЧ
В качестве блока питания были использованы два трансформатора с блоками выпрямителей и фильтров по обычной, стандартной схеме. Для питания НЧ полосных каналов (левый и правый каналы) — трансформатор мощностью 250 ватт, выпрямитель на диодных сборках типа MBR2560 или аналогичных и конденсаторы 40000 мкф х 50 вольт в каждом плече питания. Для СЧ и ВЧ каналов — трансформатор мощностью 350 ватт (взят из сгоревшего ресивера «Ямаха»), выпрямитель — диодная сборка TS6P06G и фильтр — два конденсатора по 25000 мкф х 63 вольт на каждое плечо питания. Все электролитические конденсаторы фильтров зашунтированы плёночными конденсаторами ёмкостью 1 мкф х 63 вольта.
В общем, блок питания может быть и с одним трансформаторм, конечно, но при его соответствующей мощности.
Мощность усилителя в целом в данном случае определяется исключительно возможностями источника питания. Все предварительные усилители (темброблок, фильтры) — запитаны также от одного из этих трансформаторов (можно от любого из них), но через дополнительный блок двуполярного стабилизатора, собранный на МС типа КРЕН (или импортных) или по любой из типовых схем на транзисторах.Регулятор тембра.
Несмотря на то, что выглядит регулятор несколько необычно, тем не менее здесь применена классическая схема регулятора тембра Баксандалла. Как отмечалось выше из-за низких номиналов переменных сопротивлений номиналы конденсаторов получаются существенно больше «типовых» значений.
Конденсатор С7 (1 мкФ) определяет нижнюю частоту регулировки тембра, а конденсаторы C8 и C9 имеют значение 100 нФ и определяют частоту регулировки тембра на ВЧ. При желании глубину регулировки тембра можно увеличить до ± 10 дБ. За счет элементов IC4 исключено взаимное влияние цепей НЧ и ВЧ при регулировании тембров.
Не смотря на большие габариты и высокую стоимость, для этой части схемы настоятельно рекомендуется применение полипропиленовых конденсаторов.
Уровень шума регулятора тембра составляет всего -113 дБ в среднем положении регуляторов.
Реле RE1 служит для отключения регулятора тембра, если в нём нет необходимости. В этом случае сигнал снимается с выхода IC2A и поступает напрямую на вход IC9B в обход регулятора тембра. Чтобы избежать щелчков при коммутации служит резистор R18. Для снижения перекрестных помех коммутация в каждом канале осуществляется отдельным реле. В этом случае контактные группы реле можно запараллелить, что снизит сопротивление контактов и дополнительно повысит надёжность этой части схемы.
Детали
Стабилизатор напряжения на транзисторах V6, V8 позволяет использовать для питания усилителя любой нестабилизированный источник.
В усилителе можно использовать любые кремниевые высокочастотные транзисторы соответствующей структуры со статическим коэффициентом передачи тока к2іЭ не менее 400 (V2), 300 (V4) и 100 (V3t V5).
Конденсатор С2 желательно подобрать с точностью не менее 10 %. Если это невозможно, подбирают конденсатор С4 емкость которого должна составлять 0,05 емкости конденсатора, С2. Транзистор V8 необходимо снабдить теплоотводом в виде флажка, согнутого из листойой меди или латуни толщиной 0,5…0,6 мм.
Активный регулятор громкости.
Регулятор громкости также реализован по идее Питера Баксандалла, что во-первых позволило получить сверхнизкий уровень шума (особенно на малых громкостях), а во-вторых получить логарифмическую характеристику регулирования при использовании потенциометров с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота. Максимальное усиление составляет +16 дБ, при этом точка 0 дБ получается в среднем положении потенциометра.
Четыре соединённых параллельно усилителя, как отмечалось выше, служат для снижения уровня шума на 6 дБ. Уровень собственных шумов такого регулятора составляет -101 дБ при максимальном усилении и -109 дБ при усилении 0 дБ.
На практике регулятор громкости обычно устанавливается в положении -20 дБ, тогда уровень шума составит -115 дБ, который существенно ниже порога слышимости.
Чтобы вы могли оценить качество каждого каскада для них были приведены собственные уровни шумов. Результирующий уровень шума данного предусилителя, как нетрудно догадаться, будет несколько варьироваться в зависимости от положения потенциометров.
Симметричный выход реализован за счёт фазоинвертора на ОУ IC9A и имеет двойную амплитуду сигнала по сравнению с несимметричным. Впрочем, это нормально для профессиональной аудиотехники.
↑ Удобный корпус
Расскажу немного и о самом корпусе. Как я уже упоминал – в качестве корпуса для предусилителя используется корпус от спутникового ресивера. Старичок верой и правдой служил много лет, несколько раз ремонтировался и после очередной поездки в мастерскую был переправлен мне с диагнозом «труп».
Хорошие были раньше корпуса, большие! Именно по причине своих размеров и большого окна я и выбрал этот корпус.
На лицевой панели кроме надписей не оказалось ничего лишнего. Остались, конечно 3 незадействованный кнопки, но это не страшно. Закрасил надписи матовой краской из балончика, купленного в автомагазине. Краска процентов на 98 совпала по цвету с той, которой был покрашен корпус изначально. Разницу можно заметить, только если очень присмотреться.
В качестве ручек для этих регуляторов установил хорошие алюминиевые ручки, которые кстати купил в датагорском магазине. Они отлично (на мой взгляд) вписались в общий дизайн предусилителя, который выдержан в серебристо-черном цвете.
Конструкция и настройка.
Размещение элементов усилителя на плате:
Увеличение по клику
При сборке сначала запаиваются резисторы, а затем остальные компоненты. Джампер JP1 предназначен для подбора оптимального подключения земли винил-корректора (есть аналогичные джамперы на платах MC / MD). Не забудьте их подключить. Место подключение подбирается экспериментально после сборки конструкции в корпусе.
Фото собранной платы:
Увеличение по клику
Данный блок настройки не требует. Частотные характеристики усилителя и регулятора тембра:
Увеличение по клику
Конструкция самодельного усилителя
Это, пожалуй, был самый сложный момент в изготовлении, так как подходящего готового корпуса не нашлось и пришлось выдумывать возможные варианты :-)) Чтобы не лепить кучу отдельных радиаторов, решил использовать корпус-радиатор от автомобильного 4-канального усилителя, довольно больших размеров, примерно такой:
Все «внутренности» были, естественно, извлечены и компоновка получилась примерно такой (к сожалению фотографию соответствующую не сделал):
— как видно, в эту крышку-радиатор установились шесть плат оконечных УМЗЧ и плата предварительного усилителя-темброблока. Плата блока фильтров уже не влезла, поэтому была закреплена на добавленной затем конструкции из алюминиевого уголка (её видно на рисунках). Также, в этом «каркасе» были установлены трансформаторы, выпрямители и фильтры блоков питания.
Вид (спереди) со всеми переключателями и регуляторами получился такой:
Вид сзади, с колодками выходов на динамики и блоком предохранителей (поскольку никакие схемы электронной защиты не делались из-за недостатка места в конструкции и чтобы не усложнять схему):
В последующем каркас из уголка предполагается, конечно, закрыть декоративными панелями для придания изделию более «товарного» вида, но делать это будет уже сам «заказчик», по своему личному вкусу. А в целом, по качеству и мощности звучания, конструкция получилась вполне себе приличная. Автор материала: Андрей Барышев (специально для сайта 2shemi.ru).
Список элементов:
Резисторы: (1% точность; металло-плёночные; 0.25W) R1,R2,R39,R40 = 100Ohm R3-R6,R41-R44,R78,R79 = 100kOhm R7-R12,R16,R17,R21-R24,R33,R34, R45-R50,R54,R55,R59-R62,R71,R72 = 1kOhm R13,R51 = 470Ohm R14,R15,R52,R53 = 430Ohm R18,R35,R36,R56,R73,R74 = 22kOhm R19,R20,R57,R58 = 20Ohm R25-R28,R63-R66 = 3.
3kOhm R29-R32,R67-R70 = 10Ohm R37,R38,R75,R76 = 47Ohm R77 = 120Ohm P1,P2,P3,P4 = 1kOhm, 10%, 1W, stereo potentiometer, линейный, например Vishay Spectrol cermet type 14920F0GJSX13102KA. или, Vishay Spectrol conductive plastic type 148DXG56S102SP.
Конденсаторы: C1,C2,C10-C14,C26,C27,C35-C39 = 100pF 630V, 1%, polystyrene, axial C3,C4,C28,C29 = 47µF 35V, 20%, неполярный, диаметром 8mm, расстояние между выводами 3.5mm, например Multicomp p/n NP35V476M8X11.5 C5,C6,C30,C31 = 470pF 630V, 1%, polystyrene, axial C7,C32 = 1µF 250V, 5%, polypropylene, расстояние между выводами 15mm C8,C9,C33,C34 = 100nF 250V, 5%, polypropylene, lead spacing 10mm C15,C16,C40,C41 = 220µF 35V, 20%, неполярные, диаметром 13mm,расстояние между выводами 5mm, например Multicomp p/n NP35V227M13X20 C17-C25,C42-C50 = 100nF 100V, 10%, расстояние между выводами 7.5mm C51 = 470nF 100V, 10%, расстояние между выводами 7.5mm C52,C53 = 100µF 25V, 20%, диаметр 6.3mm, расстояние между выводами 2.5mm
Микросхемы: IC1,IC3,IC5-IC10,IC12,IC14-IC18 = NE5532, например ON Semiconductor type NE5532ANG IC2,IC4,IC11,IC13 = LM4562, например National Semiconductor type LM4562NA/NOPB
Разное: K1-K4 = 4-х контактный разъём, шаг 0.
1’’ (2.54mm) K5,K6,K7 = 2-х контактный разъём, шаг 0.1’’ (2.54mm) JP1 = 2-х контактный джампер, шаг 0.1’’ (2.54mm) K8 = 3-х контактный винтовой блок, шаг 5mm RE1,RE2 = реле, 12V/960Ohm, 230VAC/3A, DPDT, TE Connectivity/Axicom type V23105-A5003-A201
Продолжение следует…
Статья подготовлена по материалам журнала «Электор» (Германия)
Удачного творчества!
Главный редактор «РадиоГазеты»
Содержание / Contents
- 1 И снова немного истории
- 2 Расчет пассивных мостовых регуляторов тембров
- 3 Высококачественный регулятор тембра
- 4 Пассивный упрощенный регулятор тембра
- 5 Расчет регулятора тембра с помощью программы Е. Москатова
- 6 Регулятор тембра с небольшим диапазоном регулировок
- 7 Делаем «правильный» регулятор тембров
- 8 Предварительный усилитель для «студенческого» УМЗЧ
- 9 Детали
- 10 Монтаж и налаживание
- 11 Характеристики предварительного усилителя:
- 12 Файлы
- 13 Упомянутые источники
↑ Характеристики предварительного усилителя:
Напряжение питания, В=±15
Ток потребления, мА=
8…10
Номинальное входное напряжение, В=
0,775
Номинальное выходное напряжение, В=
0,775
Полоса частот по уровню -0,5 дБ, Гц=
25…100000
Диапазон регулировки тембра, дБ на частоте 40 Гц=
±7
, на частоте 10 кГц=
±7
Коэффициент гармоник при входном напряжении 1 В, % на частоте 1 кГц=
0,0001
, на частоте 20 кГц=
0,002
Отношение сигнал/шум (невзвешенное), дБ=
89
Входное сопротивление, кОм=
20
Выходное сопротивление источника сигнала, кОм, не более=
1,8
Можно включить устройство с усилителем мощности и послушать музыку.
Об этом в следующей части проекта.
↑ Монтаж и налаживание
Перед монтажом желательно провести входной контроль всех элементов. Я уже давно взял за правило попарно подбирать компоненты в каналах усилителя. Вот и для этой конструкции подобрал резисторы и конденсаторы с точностью до одного процента. Сделать это оказалось не так сложно: отбор происходил из 6 – 8 элементов каждого номинала.
Наверняка такая точность подбора не нужна, но результатом проделанной работы стало практически идеальное совпадение АЧХ по каналам предварительного усилителя.
Все детали предварительного усилителя размещены на печатной плате размером 125х45 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм (рис. 13).
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Рис. 13. Размещение деталей на печатной плате
Элементы, относящиеся к правому каналу предварительного усилителя, обозначены со штрихом.
Такая же маркировка выполнена и в файле печатной платы (с расширением *.lay) – надпись появляется при подведении курсора к соответствующему элементу. Вначале на печатной плате устанавливают малогабаритные детали: проволочные перемычки, резисторы, конденсаторы, ферритовые «бусинки» и панельку для микросхемы. В последнюю очередь монтируют клеммники и переменные резисторы. После проверки монтажа включают питание и контролируют «ноль» на выходах операционного усилителя. Смещение составляет 2 – 4 мВ. При желании можно погонять устройство от синусоидального генератора и снять характеристики (рис. 14).
Рис. 14. Установка для снятия характеристик предварительного усилителя
↑ 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»).
Структурная схема
На рисунке ниже показана схема 1 канала:
Как видно из схемы, усилитель имеет три входа, один из которых предусматривает простую возможность добавления предусилителя-корректора для проигрывателя винила (при такой необходимости), переключатель входов, предварительный усилитель-тембролок (также трёхполосный, с регулировкой уровней ВЧ/СЧ/НЧ), регулятор громкости, блок фильтров на три полосы с регулировкой уровня усиления каждой полосы с возможностью отключения фильтрации и блок питания для оконечных усилителей большой мощности (нестабилизированный) и стабилизатор для «слаботочной» части (предварительные каскады усиления).
Аудио предусилитель
В разработке Предполагается достаточно низкое сопротивление источника (<100 Ом), предполагается, что основным источником входного сигнала является iPhone/другие смартфоны . Входной каскад/регулировка баланса ВЧ-фильтрация Защита от перенапряжения Буферизация и небольшой переменный коэффициент усиления (регулировка баланса) Входная муфта переменного тока. Необходимо подключение выхода к следующему этапу (регулятор громкости)? Скорее всего нет, боту нужен контроль смещения напряжения. Регулятор тембра Цель состоит в том, чтобы разработать регуляторы высоких и низких частот, которые оставляют частотную характеристику плоской при установке в среднее положение. При вращении ручек управления по часовой стрелке отклик высоких/низких частот усиливается, а при вращении против часовой стрелки отклик ослабляется. Схема регулировки тембра Baxandall с одним конденсатором для низких и высоких частот показана на рисунке ниже. Основные операции Цепь низких частот (Кроме того, потенциометр R6 будет включен параллельно с R2, R3|| R1, но не повлияет на усиление или АЧХ, так как подключен напрямую между входом и выходом, но повлияет на входное сопротивление) Коэффициент НЧ Постоянные времени НЧ По мере увеличения частоты коэффициент усиления будет асимптотически приближаться к единице, поскольку потенциометр будет постепенно замыкаться конденсатором C1. Цепь высоких частот Усиление ВЧ Коэффициент усиления можно найти, написав уравнения узлов в узлах A и B. Обратите внимание, что узел B является виртуальной землей и находится под напряжением 0 вольт. Также обратите внимание, что одна четверть потенциометра баса добавлена последовательно с R4 (в среднем положении), то есть R4 = 22k + 2,5k = 24,5k. (Не забудьте учесть потенциометр низких частот в R4) ВЧ постоянные времени
Регулятор громкости В стереосистеме также важно, чтобы регулятор громкости одинаково влиял на два канала, чтобы регулятор громкости не влиял на баланс между левым и правым. Наконец, важно, чтобы регулятор громкости на самых низких настройках приводил к воспринимаемой полной тишине. Регулятор громкости может быть таким же простым, как потенциометр, подключенный как резистивный делитель напряжения. Такой пассивный аттенюатор создает проблемы с отношением сигнал/шум, узкими местами по запасу мощности, низким входным импедансом и высоким выходным импедансом. Проблема логарифмического закона… Одним из вариантов является использование логарифмического потенциометра. Однако это очень грубые апороксимации, обычно состоящие из двух линейных отрезков. Допуск обычно составляет 20%, что является потенциальной проблемой, когда речь идет о балансе каналов. Другое решение — попытаться создать схему с приближенным логарифмическим законом с помощью линейного потенциометра. Хорошо известным примером этого является регулятор громкости Baxandall, который не только аппроксимирует логарифмическую зависимость, но и полностью исключает сопротивление дорожки потенциометра из своей передаточной функции. Это снимает зависимость от 20-процентного допуска на сопротивление пути. Тогда зависимость усиления потенциометра полностью определяется положением гадюки. Регулятор громкости Baxandall построен на основе инвертирующего усилителя, коэффициент усиления которого определяется R2/R1. Это максимальное усиление схемы регулировки громкости. Этот инвертирующий усилитель буферизуется схемой повторителя напряжения. Вокруг этого усилителя с конечным коэффициентом усиления R2/R1 находится еще одна цепь обратной связи, также сконфигурированная как инвертирующий усилитель. Поскольку цепь обратной связи не может иметь более высокий коэффициент усиления, чем усилитель внутри цепи обратной связи, максимальное усиление (с потенциометром в максимальном положении) всей цепи будет равно R2/R1, как описано выше. При других настройках потенциометра усиление будет зависеть только от положения вайпера (x/(1-x), см. рисунок) в дополнение к R2/R1. Максимальное усиление определяется резисторами R1 и R2, которые при выбранных значениях дают максимальное усиление 4,7/1,2 = 3,9 или 11,9 дБ в соответствии со структурой усиления в разделе 2. | Нажмите, чтобы увеличить изображения ниже Рисунок 1 Входной каскад Рис. 2. Частотная характеристика входного каскада. SPICE-моделирование. Рис. 3 Цепь управления тембром Baxandall Рисунок 4 Рисунок 5 Басовая схема Baxandall Рисунок 6. Низкочастотный отклик. SPICE-моделирование. Рисунок 7 Басовая схема Baxandall — усиленная Рисунок 8. Цепь высоких частот Baxandall Рисунок 9. Отклик высоких частот Baxandall. Рисунок 10 ВЧ эквивалентная схема |
Предусилитель должен быть реализован полностью с активной схемой, чтобы сохранить запас по уровню и соотношение сигнал/шум.
Это означает, что частота -3 дБ фильтра нижних частот, определяемая басовой сетью, составляет (приблизительно) 1/2πC1R3 = 160 Гц.
Эквивалентная схема ВЧ с усиленным высокочастотным потенциометром показана ниже. Потенциометр высоких частот появляется непосредственно параллельно между входом и выходом и не влияет на усиление или частотную характеристику. Однако это влияет на входное сопротивление.
Две последние проблемы, конечно, могут быть решены соответствующей буферизацией. Но если ввести активную схему, кажется более правдоподобным использовать ее более полно, реализовав полностью активный регулятор громкости.
3. 
SPICE-моделирование.Универсальный предусилитель/микшер
Универсальный предусилитель/микшер| Эллиотт Саунд Продактс | Проект 94 |
© июль 2002 г., Род Эллиотт (ESP)
Обратите внимание: для этого проекта доступны печатные платы. Нажмите на картинку для более подробной информации.
Введение
У меня было очень много запросов о небольших миксерах, и этот проект должен удовлетворить потребности всех, кому нужен очень простой миксер. Он имеет входной буфер, регуляторы тембра и микшерный усилитель с 4 входами. Я назвал его «универсальным», поскольку одну и ту же печатную плату можно использовать для многих приложений, требующих базовых модулей усилителя. Его можно использовать в качестве Hi-Fi предусилителя, микшера, усилителя общего назначения/строительного блока регулятора тембра, или вы можете найти другие приложения, ожидающие чего-то подобного.
Список возможных конфигураций настолько широк, что охватить их все затруднительно. На защищенном сайте показано несколько конфигураций печатной платы, от описанных базовых функций до использования ее в качестве балансного драйвера линии. Используемые операционные усилители зависят от вас. На рисунках показаны либо TL072, либо NE5532, но подойдет любой двойной операционный усилитель, в зависимости от вашего бюджета и ожиданий. OPA2134 также подходит и может быть предпочтительнее, потому что он имеет практически нулевой входной ток, поэтому потенциометры не будут шуметь (у NE5532 входной ток достаточный, чтобы в некоторых случаях вызвать проблемы).
Конфигурации обширны, несмотря на простоту, так как различные другие проекты могут использоваться в качестве внешнего интерфейса. Например, использование 4 печатных плат P94 позволит вам иметь два линейных стереовхода (прямо через потенциометры), стереофонический вход (с использованием P06) и стереомикрофонный вход (с платой P66), каждый со своим собственным уровнем и регуляторы тембра.
Пожалуйста, смотрите Project 94A для альтернативной версии, которая подходит для многих приложений.
Основной регулятор громкости стерео позволяет установить общий уровень, а уровни отдельных каналов устанавливаются с помощью соответствующих регуляторов уровня.
Описание
Схема очень простая, печатная плата красивая и маленькая (примерно 50 х 75 мм). Идея состоит в том, что одна печатная плата будет подключена ко всем компонентам (рис. 1 и рис. 2), а другие будут использовать только секцию, показанную на рис. 1. Вы можете выбрать нужные входы и добавить соответствующие входные цепи, такие как предусилители, микрофонные предусилители и т. д. Действительно, диапазон использования определяется скорее воображением, чем какими-либо «ограничениями» в самой схеме.
Обратите внимание, что ни один из потенциометров не установлен на печатной плате. Все (включая меня) ненавидят прокладывать провода, но использование потенциометров для монтажа на печатной плате серьезно уменьшило бы гибкость платы.
Все потенциометры должны быть двухканальными для стерео или одноканальными, если он используется в качестве небольшого микшера, где требуется индивидуальное управление каждым каналом. Как указано ниже, все банки линейны, и для всех из них предлагается 100 000.
Первый каскад (U1) является буферным, но обеспечивает усиление 2 (6 дБ), как показано. Коэффициент усиления легко изменить, изменив номинал R104 (и R204 в канале «В») — большее значение дает меньший коэффициент усиления, и наоборот. Я не рекомендую увеличивать усиление более чем в 4 раза (12 дБ), иначе смещение по постоянному току может стать проблемой для некоторых операционных усилителей. Значение 3k3 (3,3k) для R104/204 даст усиление каскада 4,03 (12,1 дБ), чего должно быть более чем достаточно. Внешний микрофонный предусилитель необходим, если предполагается передача сигналов очень низкого уровня.
Рис. 1. Регуляторы ввода и тембра
Второй каскад представляет собой стандартный регулятор тембра с обратной связью Baxandall и дает почти абсолютно плоскую частотную характеристику при центральном положении регуляторов.
Для стерео используйте двойные потенциометры со всех сторон, но для моно потребуются одинарные потенциометры. Кривые отклика регулятора тембра показаны на рис. 3. Небольшие метки на потенциометрах (например, B1, B2 и B3) относятся к соединениям на печатной плате.
Рис. 2. Смеситель-усилитель
Микшер представляет собой обычный микшерный усилитель «виртуальной земли», и в нем нет ничего особенного. Обратите внимание, что это инвертирование, которое дополняет регуляторы тембра (тоже инвертирование), поэтому абсолютная полярность сигнала сохраняется. Как показано, микшер также имеет усиление чуть более чем в два раза, и опять же это можно легко изменить. Установка R115/215 10k устанавливает усиление на -1 (т.е. единица, но инвертированная). Обратите внимание, что R117/217 не установлены на плате, а установлены непосредственно на регуляторе выходного уровня.
Выходное сопротивление в худшем случае составляет чуть менее 10 кОм, поэтому этот блок не подходит для управления длинными сигнальными проводами.
Стоимость VR104/204 может быть уменьшена, если вы хотите, но если используются качественные провода с малой емкостью, я сомневаюсь, что у вас возникнут проблемы. Если вам нужен балансный выход, используйте балансный линейный драйвер P87B . Если вы ожидаете длинные кабели, но не нуждаетесь в симметричном выходе, вы можете добавить простой буферный каскад операционного усилителя и не забудьте включить резистор 100 Ом последовательно с выходом, чтобы предотвратить колебания операционного усилителя.
Все потенциометры имеют линейный конус. Значения резисторов выбираются по квазилогарифмическому закону, как описано в Проекте 01 для регуляторов усиления (громкости).
Рис. 3. Отклик регулятора тембра
На рис. 3 показана частотная характеристика контрольных значений с интервалом 10 %. Центральная частота намеренно установлена ниже «отраслевого стандарта» 1 кГц, что (IMO) является чрезвычайно неразумным местом для установки частоты оборота баса. Вы заметите, что есть небольшой «плоский» участок между 500 Гц и немногим менее 1 кГц.
Отклик низких частот можно изменить, используя другое значение для C103/203 (более высокое значение, более низкая частота), и аналогичным образом C104/204 управляют точкой высоких частот (более низкое значение, более высокая частота). Я ожидаю, что большинство пользователей найдут значения по своему вкусу, как показано, но их можно довольно легко изменить.
Вы можете использовать потенциометры на 10 000 для регуляторов тембра, если это предпочтительнее. Тогда номиналы резисторов составляют 1/10 90 228 th 90 229 от показанных значений, а конденсаторы увеличиваются на 10 и т. д. Это уменьшит шум, если вы считаете, что это может быть проблемой. Другие комбинации также будут работать, и вы просто масштабируете резисторы и колпачки в соответствии с требованиями.
Фотография готовой печатной платы (проводка не показана)
На фото печатной платы стандартный предусилитель в собранном виде. Неиспользуемые смесительные резисторы можно не использовать. Это вполне допустимый вариант для обычного использования.
Строительство
Если используется плата ESP, конструкция очень проста. Он небольшой, но выложен очень логично, поэтому его легко построить. Никакие потенциометры не установлены на печатной плате — не потому, что мне нравится прокладывать провода (и я не ожидаю, что вы тоже), а потому, что это дает вам гораздо большую гибкость для вашей версии проекта. Если бы я разработал доску с горшками, вам пришлось бы использовать тот же тип, для которого я разработал, и те же расстояния и расположение. Это очень ограничивает, особенно если вы не можете получить (или не хотите использовать) тот же тип горшка.
Источник питания может быть от +/-9 В (для портативного использования) или +/-15 В для использования с источником питания P05. Можно использовать любой двойной источник питания, поэтому, если он у вас уже есть, его можно использовать, пока напряжение находится в диапазоне от +/-9В до +/-15В. Не рекомендуются более высокие или более низкие напряжения, хотя некоторые операционные усилители будут надежно работать при более низких напряжениях.
Не стесняйтесь экспериментировать по мере необходимости.
Я показал схему с операционными усилителями TL072, но вы можете использовать все, что вам нравится (хотя это должны быть стандартные операционные усилители с двойным сквозным отверстием). Подходящие устройства включают LM4562, OPA2134 или NE5532. Не стесняйтесь использовать свой любимый операционный усилитель, если он у вас есть, но я , особенно , рекомендуется использовать , а не , использовать типы LM833, поскольку они имеют тенденцию быть нестабильными во многих схемах.
| Слева показана стандартная распиновка двойного операционного усилителя. Если операционные усилители установлены задом наперёд, они почти наверняка выйдут из строя, так что будьте
осторожный. Предлагаемые операционные усилители TL072 будут вполне удовлетворительными для большинства задач, но если вы предпочитаете использовать сверхмалошумящие или широкополосные устройства, этот выбор
твой. |
Помните, что заземление должно быть подключено! При первом включении питания используйте «безопасные» резисторы 100 Ом или 560 Ом последовательно с каждым источником питания для ограничения тока — это предотвратит (большинство) повреждений, если вы допустили ошибку в проводке. Помните, что если вы покупаете печатную плату, предоставляется полная информация о конструкции, а также доступна дополнительная информация.
Часть 2 — Проект 94а
Основной индекс Указатель проектов
