Предварительные усилители на микросхемах hi fi. Принципиальная схема, чертеж печатной платы предварительного усилителя NATALY

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

Не мечтай, действуй!

Эксперименты с различными предварительными усилителями, регуляторами громкости и тембра показали, что наилучшее качество звучания обеспечивается при минимальном количестве усилительных каскадов, с пассивными регуляторами. При этом регулировки на входе усилителя мощности нежелательны, так как приводят к увеличению уровня нелинейных искажений комплекса. Данный эффект сравнительно недавно обнаружил известный разработчик аудиоаппаратуры Дуглас Селф .

Таким образом, вырисовывается следующая структура этой части звукоусилительного тракта:
- пассивный мостовой регулятор низших и высших частот,
- пассивный регулятор громкости,
- предварительный усилитель с линейной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) и минимальными искажениями в рабочем диапазоне частот.
Очевидный недостаток регулировок на входе предварительного усилителя – ухудшение соотношения сигнал/шум в значительной степени нивелируется высоким уровнем сигнала современных устройств звуковоспроизведения.

Предлагаемый предварительный усилитель может применяться в высококачественных стереофонических усилителях звуковой частоты. Регулятор тембра позволяет корректировать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) одновременно по двум каналам в двух частотных областях: нижней и верхней. В результате учитываются особенности помещения и акустических систем, а также личные предпочтения слушателя.

И снова немного истории

Первым претендентом на роль предварительного усилителя с регулятором тембра стала схема Д. Стародуба (рис. 1) . Но конструкция так и не «прижилась» в усилителе мощности: требовалась тщательная экранировка и источник питания с чрезвычайно малым уровнем пульсаций (порядка 50 мкВ). Однако главной причиной стало отсутствие ползунковых переменных резисторов.

Рис. 1. Схема высококачественного блока регуляторов тембра

Путем проб и ошибок я пришел к простой схеме предварительного усилителя (рис. 2), с которой, однако, система звуковоспроизведения намного превзошла в звучании серийно выпускавшуюся аппаратуру, по крайней мере, имевшуюся у моих друзей и знакомых.

Рис. 2. Принципиальная схема одного канала предварительного усилителя для УМЗЧ С. Батя и В. Середы

За основу взята схема предварительного усилителя стереофонического электрофона Ю. Красова и В. Черкунова, демонстрировавшегося на 26 – й Всесоюзной выставке радиолюбителей – конструкторов. Это левая часть схемы, включая регуляторы тембра.

Появление каскада на транзисторах разной проводимости в предварительном усилителе (VT3, VT4) связано с обсуждением усилителей с преподавателем лаборатории телевизионной техники на кафедре Радиосистем А. С. Мирзоянцем, с которым я работал, будучи студентом. В ходе работ понадобились линейные каскады для усиления телевизионного сигнала, и Александр Сергеевич сообщил, что по его опыту наилучшими характеристиками обладают структуры «шиворот – навыворот», как он выразился, то есть усилители на транзисторах противоположной структуры с непосредственной связью. В процессе экспериментов с УМЗЧ я выяснил, что это касается не только телевизионной техники, но и звукоусилительной. Впоследствии я часто применял подобные схемы в своих конструкциях, в том числе пары полевой транзистор – биполярный транзистор.

Попытка применить транзисторы разной структуры в первом каскаде (составном эмиттерном повторителе VT1, VT2) не принесла успехов, т. к. при всех замечательных характеристиках (низком уровне шума, малых искажениях) схема имела существенный недостаток – меньшую перегрузочную способность по сравнению с эмиттерным повторителем.
Характеристики предварительного усилителя:
Входное сопротивление, кОм=300
Чувствительность, мВ=250
Глубина регулировок тембра, дБ:
на частоте 40 Гц=±15
на частоте 15 кГц=±15
Глубина регулировок стереобаланса, дБ=±6

Поскольку в ходе конструирования усилителей возникали новые идеи, старые конструкции я дарил кому-нибудь, или продавал по твердому курсу ватт выходной мощности / рубль. В одну из поездок в Ленинград я захватил с собой этот усилитель, чтобы продать его знакомому друга. Володька сказал, что у этого парня куча всякой западной техники, и увез аппарат к нему на прослушивание. Вечером он сообщил мне результаты: молодой человек включил усилитель, послушал пару вещей и был так удовлетворен звучанием, что без слов отдал положенные деньги.

Честно сказать, когда я узнал, что сравнение будет проходить с импортной техникой, особенно не надеялся, что усилитель произведет впечатление. К тому же, он не был до конца доделан – отсутствовали верхняя и боковые крышки.

Рассмотрим принципиальную схему одного канала предварительного усилителя (рис. 2). На входе установлены высокоомные регуляторы громкости (R2.1) и баланса (R1.1). Со среднего вывода резистора R2.1 через переходной конденсатор С2 звуковой сигнал поступает на составной эмиттерный повторитель VT1, VT2, необходимый для нормальной работы пассивного регулятора тембра, выполненного по мостовой схеме. Для того чтобы устранить вносимое темброблоком затухание и усилить сигнал до необходимого уровня, установлен двухкаскадный усилитель на транзисторах VT3, VT4.

Питание предварительного усилителя нестабилизированное, от положительного плеча усилителя мощности. На каскады VT3, VT4 питающее напряжение подается через фильтр R17, C10, C13, а на входной эмиттерный повторитель - R8, C4. Важную роль играет диод VD1: без него не удалось полностью устранить фон переменного тока частотой 100 Гц на выходе усилителя мощности.

Конструктивно предварительный усилитель выполнен в «линейку», все детали установлены на печатной плате, закрытой сверху П-образным экраном из стали толщиной 0,8 мм.

--
Спасибо за внимание!

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

Для плавной регулировки тембра необходимы переменные резисторы с обратной логарифмической зависимостью (кривая В).
Наглядно просмотреть работу спроектированного регулятора тембра позволяет программа Tone Stack Calculator 1.3 (рис. 9).

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

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

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

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

Таблица 2

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

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

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

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

Рис. 12. Активный регулятор тембра П. Баксандала

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

Рис. 13. Размещение деталей на печатной плате

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

Рис. 14. Установка для снятия характеристик предварительного усилителя

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

Упомянутые источники

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

Владимир Мосягин (MVV)

Россия, Великий Новгород

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

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

Читательское голосование

Статью одобрили 70 читателей.

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

Высококачественный предварительный усилитель NATALY

Принципиальная схема, описание, печатная плата

Данный предварительный усилитель служит для тембровой коррекции и тонкомпенсации при регулировании громкости. Возможно использование для подключения наушников.

Для высококачественного тракта, имеющего в своём составе УМЗЧ с нелинейными и интермодуляционными искажениями порядка 0,001% становятся важны и остальные ступени, которые должны позволять полностью реализовать заложенный потенциал. В настоящее время известны много вариантов реализации высоких параметров, в том числе и на ОУ. Причиной разработки своего варианта предварительного усилителя стали следующие факторы:

При сборке предусилителя на ОУ порог его выходного напряжения, а следовательно - перегрузочная способность – целиком определяются напряжением питания ОУ, и в случае питания от +\-15В не может быть выше этого напряжения.
Результаты субъективных экспертиз предусилителей на ОУ в чистом виде (без выходных повторителей) и с таковыми, например, на основе параллельного усилителя – показывают предпочтение слушателей схеме ОУ+повторитель, при практически идентичных параметрах «с точки зрения Кг», это объясняется сужением спектра искажений ОУ при работе на высокоомную нагрузку и работе его выходного каскада без захода в режим АВ, дающий коммутационные искажения, практически ниже уровня чувствительности приборов (Кг ОУ ОРА134, например – 0,00008%), но хорошо заметных при прослушивании. Именно поэтому, а также по ряду других причин слушатели чётко выделяют предусилитель с выходным каскадом на транзисторах.
Известное схемное решение, содержащее интегральный повторитель на основе параллельного усилителя BUF634 довольно дорогостояще (цена буфера не менее 500 руб), хотя внутренняя схема буфера может быть легко реализована на дискрете – за гораздо более вменяемую сумму.
Усилители, в которых ОУ работает в малосигнальном режиме, показывают высокие характеристики, но по результатам прослушиваний проигрывают. Кроме того, они очень критичны к настройке и требуют как минимум, генератора меандра и широкополосного осциллографа. И всё это при явно худших субъективных результатах.

Недостаток выходного напряжения при схеме ПУ (ОУ + буфер) может быть устранён при реализации в буфере усиления по напряжению, а глубокая местная ООС устраняет искажения. Достаточно высокий начальный ток покоя в выходных транзисторах буфера гарантирует его работу без характерных для двухтактных структур в режиме АВ искажений. Наличие всего двукратного усиления напряжения позволяет добиться повышения перегрузочной способности на 6 дБ, а при трёхкратном – эта цифра становится равной 9 дБ. При работе буфера от источника питания +\-30В размах его выходного напряжения получается 58 вольт от пика до пика. Если же буфер запитать от +\-45В – то выходное напряжение от пика до пика может составить порядка 87В. Такой запас благоприятно отразится при прослушивании виниловых дисков, имеющих характерные особенности в виде щелчков от пыли.
Двухкаскадная реализация предварительного усилителя связана с тем, что темброблок вносит ослабление в сигнал до 10…12 дБ. Конечно, можно компенсировать это путём увеличения усиления второго каскада, но, как показывает практика, на темброблок лучше подавать как можно большее напряжение – это увеличивает отношение сигнал\шум. Кроме того, довольно часто встречаются диски, записанные с большим пик-фактором (громкие пики и довольно низкая средняя громкость). Это не недостаток сведения, скорее, наоборот, потому как звукорежиссёры зачастую злоупотребляют компрессором, пытаясь уместить в диапазон компакт-диска все ступени громкости звука. Но нельзя делать вид, что таких записей не существует. Слушатель при этом добавляет громкость. Таким образом, и второй каскад должен обладать не меньшей перегрузочной способностью, кроме того, он должен обладать малым собственным шумом, высоким входным сопротивлением и способностью без искажений пропускать реальный сигнал после темброблока, в котором крайние частоты звукового диапазона идут с наибольшим подъемом. Дополнительным требованием является линейная АЧХ при отключении темброблока, ровная ПХ при тестировании меандром и субъективная незаметность ПУ в тракте.

В качестве темброблока использован хорошо себя зарекомендовавший темброблок Матюшкина. Он имеет 4хступенчатую регулировку НЧ и плавную регулировку ВЧ, а его АЧХ хорошо соответствует слуховому восприятию, во всяком случае, классический мостовой ТБ, (который тоже может быть применён), слушателями оценивается ниже. Реле позволяет при необходимости отключить всякую частотную коррекцию в тракте, уровень выходного сигнала настраивается подстроечным резистором по равенству усиления на частоте 1000 Гц в режиме с ТБ и при обходе.
Регулятор баланса встроен в ООС второго каскада и особенностей не имеет.
Малое напряжение смещения у ОРА134 (в практике автора на выходе второго каскада не более 1 мВ) позволяет исключить переходные конденсаторы в тракте, оставив лишь один – на входе ПУ, потому как неизвестен уровень постоянного напряжения на выходе источника сигнала. И, хотя на выходе второго каскада на схеме указаны конденсаторы 4,7мкФ+2200 пФ – при уровне смещения нуля около милливольта и менее – их можно смело исключить, закоротив. Это положит конец спорам о влиянии конденсаторов в тракте на звук – наиболее радикальным методом.

Расчётные характеристики:

Кг в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц - менее 0,001% (типовое значение порядка 0,0005%)
Номинальное входное напряжение, В 0,775
Перегрузочная способность в режиме обхода темброблока - не менее 20 дБ.
Минимальное сопротивление нагрузки, при котором гарантируется работа выходного каскада в режиме А - при максимальном размахе выходного напряжения "от пика до пика" 58В 1,5 кОм.

При использовании предварительного усилителя только с проигрывателями СД допустимо снижение напряжения питания буфера до +\-15В потому как диапазон выходного напряжения таких источников сигнала заведомо ограничен сверху, на параметрах это не отразится.
Налаживание предварительного усилителя следует начинать с проверки режимов по постоянному току выходных транзисторов буферов. По падению напряжения в цепях их эмиттеров устанавливают ток покоя – для первого каскада около 20 мА, для второго – 20..25 мА. При использовании небольших теплоотводов, которые при +\-30В становятся обязательными – можно, ориентируясь по ситуации с температурой - ток покоя увеличить еще немного.
Подбор тока покоя лучше всего выполнять резисторами в эмиттерах первых двух транзисторов буфера. При малом токе-увеличить сопротивления, при большом – уменьшить. Изменять нужно одинаково оба резистора.
При установленном токе покоя далее ставим регуляторы ТБ в положение, соответствующее максимально плоской АЧХ, и, подав на вход сигнал 1000 Гц с номинальным напряжением 0,775В – замеряем напряжение на выходе второго буфера. Затем включаем режим обхода и подстроечным резистором добиваемся той же амплитуды, что и с ТБ.
На завершающей стадии подключаем регулятор стереобаланса, проверяем на отсутствие разных форм неустойчивости (автор с такой проблемой не столкнулся) и проводим прослушивание. Настройка ТБ Матюшкина хорошо освещена в статье автора и здесь не рассматривается.
Для питания предусилителя рекомендуется стабилизированный источник питания, с независимыми обмотками для ПУ и релейной коммутации. Технически требования к питанию ничего нового не представляют. Основное – малый уровень СЧ и ВЧ шумов, с подавлением по питанию которых ситуация у ОУ известна. Про уровень пульсаций - он не должен превышать 0,5 – 1мВ.

Полный комплект плат состоит из двух каналов ПУ, РТ Матюшкина (одна плата на оба канала) и блока питания. Печатные платы разработаны Владимиром Лепёхиным.

Двухсторонняя печатная плата Предварительного усилителя:

УВЕЛИЧИТЬ

Печатная плата для ТБ Матюшкина с релейным переключением:

УВЕЛИЧИТЬ Схема стабильна.Пульсаций напряжения на выходе не заметно, измерения проводил на осциллографе в режиме 0,01дел./вольт(у моего это минимальный предел).

УВЕЛИЧИТЬ

Результаты измерений:

На ОРА134 (только первое звено из двух), питание - одноступенчатое, +\-15В:

Кни(1 кГц).......................... -98дБ (около 0.0003%)
Ким(50Гц+7кГц).................менее -98дБ (около 0,0003%)

На ОРА132 (оба звена), полная версия, питание двухступенчатое:

Кни (1кГц).......................... -100дБ (около 0,00025%)
Ким (19кГц+20кГц)................... -96дБ (около 0,0003%)

В случае самовозбуждения каскадов на ВЧ следует параллельно резисторам R28, R88 и комплементарным им в другом канале запаять слюдяные корректирующие конденсаторы ёмкостью от 100 до 470пФ. Такое было обнаружено при использовании транзисторов ВС546\ВС556 + 2SA1837\2SC4793.

Во вложениях можно скачать все файлы схем и печатных плат в форматах SPlan 6.0 и SL 5.0 соответственно,

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).

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.

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.

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

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»

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.
Тем, кому очень сложно достать EL2125 я постараюсь помочь, насколько это будет возможно.

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 испрользовать 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