Схема предварительного усилителя с регулятором тембра.

Приветствую, друзья. Ниже в статье представлен проект предварительного усилителя от Максима Васильева, который по сути является переделкой предусилителя Сухова путем перевода схемы со 157 серии микросхем на импорт. Более подробную информацию вы можете найти на КОТЕ и форуме vegalab по запросу "Полный усилитель Васильева". Принципиальная схема:

Для увеличения изображения кликните на картинке.

В схеме применены сдвоенные операционные усилители. Например, можно поставить OPA2134P, TL072 или NE5532, кому как нравится или что из этого на данный момент есть под руками. На следующем рисунке показано расположение выводов микросхем, у вышеуказанных она одинаковая, поэтому независимо от того, какую МС вы примените, в плате никаких изменений вносить не нужно:

О том какие микросхемы звучат лучше мы писать не будем, об этом очень много информации вы сможете найти на радиолюбительских форумах, а их в сети предостаточно.

Питание двух-полярное +/- 12…15 Вольт.

В качестве регуляторов громкости, баланса и тембров применены переменные резисторы группы “А” (импортные), если будете использовать отечественные переменники – выбирайте с группой “В”

Печатная плата выполнена из двухстороннего стеклотекстолита. Верхний слой не травится, он используется в качестве экрана. Размеры платы 70х158 мм.

Внешний вид печатной платы показан на двух следующих рисунках:

На плату добавлен двух-полярный стабилизатор напряжения 2 х 15 Вольт на микросхемах 78L15 и 79L15. Ниже на рисунке показано расположение выводов у транзистора 2N5551:

Принципиальную схему и печатную плату в формате LAY можно скачать по прямой ссылке с нашего сайта. Размер файла архива для скачивания - 0,53 Mb.

Схем предусилителей существует множество, а при условии соблюдения несколько простых мер предосторожности и использовании современных операционных усилителей они очень просты в разработке и обеспечивают высокую производительность. Обращаюсь к тем, для кого ОУ "под запретом": Пожалуйста, пропустите этот раздел, но ТОЛЬКО после прочтения следующих двух абзацев.

Несмотря на то, что в аудиофильских кругах операционные усилители считаются чем-то плохим, необходимо помнить о том, что звук от инструмента музыканта до ушей слушателя проходит через где-то от 10 до 100 операционных усилителей – в микшере (как правило, более одного раза), во внешних устройствах эффектов, в устройстве записи (аналоговом или цифровом), и, наконец, в самом проигрывателе компакт-дисков. Многие из них не так хороши, как те, которые используются в этой конструкции.

Это не означает, что хороший ламповый предусилитель не будет звучать лучше (или, возможно, просто по-другому), но не стоит также верить мифам о плохом «микросхемном звуке", которые весьма популярны. Это мнение тех, кто использовал и ламповые предусилители, и предусилители на ОУ моей конструкции.

Описание

Предусилитель имеет опциональные регуляторы тембра и баланса, которые могут не включаться при желании. Селектор входов может быть расширен, если это необходимо, чтобы обеспечить больше источников сигнала.

Регулятор тембра построен на пассивных элементах управления, но не включает традиционную схему с обратной связью Баксандала. Он обеспечивает регулировку в пределах ±6 дБ на максимуме, что может показаться недостаточным (большинство регуляторов тембра предлагают от 12 до 20 дБ), но в действительности, этого, как правило, вполне достаточно для тех корректировок, какие обычно необходимы.

Примечание: Регулятор тембра был немного изменен с момента оригинальной публикации этой схемы. В регуляторе ВЧ в идеале должен использоваться конденсатор 1 нФ (10 нФ был использован ранее). В приведенной схеме обеспечивается регулировка ±3 дБ на частотах 6 кГц и 55 Гц в крайних положениях потенциометров. Если изменение тембра слишком незначительно, увеличение емкости конденсаторов в цепях регулировки низких и высоких частот (100 нФ и 1 нФ соответственно) понизит частоту, и наоборот. В случае использования небольших акустических систем в цепи регулятора низких частот лучше использовать конденсатор 47 нФ.

В схеме предусмотрен опциональный выход на запись. Его можно исключить, если он не нужен. Излишне говорить, что может быть использовано любое устройство записи, и оно не обязательно должно быть магнитофоном.

Рис. 1. Селектор входов и коммутация цепей

Каких-либо особенностей в конструкции здесь нет, но при монтаже следует соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что провода левого и правого каналов разделены везде, где это возможно, чтобы предотвратить перекрестные помехи. В качестве селектора входов рекомендуется использовать поворотный переключатель с удлиненным валом. Это позволит разместить все входы и переключатель в пределах одной секции и надежно их экранировать.

Регуляторы входного сигнала для CD и DVD входов позволяют сбалансировать уровни с другими источниками. Проведя небольшое количество экспериментов необходимо обеспечить возможность переключаться с одного входа на другой с сохранением уровня громкости.

Рис. 2. Входной буфер и регулировка тембра

На схеме показан только левый канал. Правый канал идентичен, и использует вторую половину ОУ NE5532. Обратите внимание, как подключается питание к ОУ:

+V - Pin 8, –V - Pin 4
При неправильном подключении операционные усилители выйдут из строя!

Входной каскад имеет коэффициент усиления 2 (6 дБ) и выполняет роль буфера для темброблока. Буферный каскад на выходе темброблока также имеет 2-хкратное усиление, чтобы компенсировать потери на стадии регулировки тембра (6 дБ). Таким образом, общее усиление после регуляторов тембра составляет 4 (для тех частот, которые усилены до максимума). С учетом стандартного сигнала 2 В RMS с проигрывателя компакт-дисков, выход составит 8 В RMS или пик амплитуды 11,3 В (при условии, что регулятор уровня входного сигнала на максимуме).

Чтобы предотвратить срез сигнала на пиках, напряжения питания ОУ должно быть не ниже ± 15 В. Уровень сигнала других источников будет значительно ниже 2 В RMS проигрывателя компакт-дисков. Поэтому исключается все вероятные возможности клиппинга.

Обратите внимание, что регуляторы тембра в центральном положении обеспечивают практически ровную АЧХ. Любое отклонение будет вызвано, скорее всего, механическими, а не электрическими причинами.

При переключении S2 все элементы темброблока и выходной буфер исключаются из цепи.

Рис. 3. Баланс, громкость, выходной каскад усиления

Выходной каскад обеспечивает основную часть усиления (12,6 дБ), и включает в себя регуляторы громкости и баланса. Регулятор баланса вносит ослабление 2,3 дБ в центральном положении и имеет полулогарифмическую характеристику. Поэтому в районе центрального положения движка легко обеспечивается точный контроль. Когда элемент управления поворачивается в крайнее положение, противоположный канал получает 1 дБ сигнала. Использование ступенчатой ​​регулировки усиления может снизить уровень шума

Если ваш усилитель имеет необычно высокую чувствительность, необходимо увеличить значение R19. Усиление этого каскада определяется по формуле:

Ку = 20log((R18 + R17) / R17) - 2,3 дБ (2,3 дБ теряется в управлении балансом)

Общий коэффициент усиления системы со всеми элементами управления (кроме регуляторов тембра) на максимуме составляет 18,5 дБ, поэтому 230 мВ будет выводить усилитель с чувствительностью входа 2 В на полную мощность.

Если требуется большее усиление (что весьма маловероятно), то это может быть реализовано за счет снижения номинала R17 в оконечном выходном каскаде (в настоящее время 22 кОм). Если, например, нужен общий коэффициент усиления 24 дБ, то значение R17 должно быть уменьшено до 12 кОм. При этом собственный шум повышается пропорционально увеличению коэффициента усиления.

Для работы с усилителями мощности обычной чувствительности (с усилением 27 дБ) общий коэффициент усиления предусилителя в 10 дБ достаточен для большинства источников. Это значение может быть достигнуто путем увеличения R17 до 82 кОм, так что общее усиление будет

6 дБ + 7 дБ – 2,3 дБ = 10,7 дБ

По желанию значения R17 и R18 могут быть разделены на 10 (до 10 кОм и 2,2 кОм, как показано на схеме). Это может уменьшить шум за счет более низких импедансов. Я не измерял уровни шума в обеих конфигурациях, но они будут очень низкими в любом случае.

Все потенциометры использованы с линейной характеристикой.

Каждый ОУ должен быть зашунтирован электролитическими конденсаторами 10 мкФ х 25 В от каждого плеча питания на землю и конденсаторами емкостью 100 нФ между выводами питания (см. рис. 4). Последние должны располагаться как можно ближе к выводам питания ОУ, расположение электролитов 10 мкФ не критично. Отказ от шунтирования приведет к возникновению высокочастотных колебаний, которые значительно исказят звучание предусилителя.

Рис. 4. Схема шунтирования ОУ по питанию

Указанные ОУ весьма распространены, и их не составит труда найти. Несомненно, есть и лучшие устройства, но общее качество NE5532, используемых в этой конструкции, должно удовлетворить самых взыскательных слушателей. Эти устройства имеют внутренний стабилизатор, и не требуется никакой внешней стабилизации.

Обратите внимание, что все операционные усилители (за исключением буфера тона) работают с усилением по постоянному току. Это приводит к появлению на выходах ОУ постоянного напряжения в пределах нескольких милливольт. Для устранения этого потребовалось бы использование электролитических конденсаторов на пути прохождения сигнала, чего хотелось избежать.

Использование выходного конденсатора емкостью 2,2 мкФ предотвратить попадание постоянного напряжения в последующие устройства. Категорически не рекомендуется удалять эти конденсаторы, т.к. постоянное напряжение (даже в небольших количествах) передавать в усилитель не допускается! Параллельное включение двух конденсаторов 2,2 мкФ обеспечивает сигнал на уровне -3 дБ при частоте до 5 Гц и нагрузке 10 кОм. Это должно быть приемлемым для большинства усилителей

100 Ом резистор на выходе предназначен для предотвращения каких-либо колебаний ОУ при подключении к коаксиальному кабелю.

В качестве подходящего источника питания целесообразно использование внешнего трансформатора, чтобы исключить любую возможность наводок, особенно если используется фонокорректор.

Подходящий источник питания представлен в проекте 05 (см. Project 05). В этом случае используется трансформатор, обеспечивающий 16 В переменного напряжения, а выпрямление, фильтрация и стабилизация смонтированы в пределах шасси предусилителя.

Если же вы хотите включить трансформатор в шасси, используйте трансформатор тороидального типа (20 ВА более чем достаточно), чтобы снизить магнитные поля до минимума.

При подключения к электросети будьте внимательны и соблюдайте меры предосторожности, сетевое напряжение опасно для жизни! В этом случае используйте стандартный разъем питания типа IEC. Для подключения к источнику переменного напряжения 12 В рекомендую использовать разъемы XLR. Они значительно более надежны, чем трубчатые разъемы питания и никогда не выпадают. Соединения XLR описаны на странице проекта источника питания

Что у меня имеется на данный момент:

1. Сам усилитель:

2. Естественно, блок питания оконечного усилителя:

При настройке УМ я использую устройство, которое обеспечивает безопасное подключение трансформатора УМ к сети (через лампу). Оно выполнено в отдельной коробочке со своим шнуром и розеткой и при необходимости подключается к любому устройству. Схема приведена ниже на рисунке. Для этого устройства требуется реле с обмоткой на 220 АС и с двумя группами контактами на замыкание, одна кнопка без фиксации (S2), одна кнопка с фиксацией или включатель(S1) . При замыкании S1 трансформатор подключается к сети через лампу, если все режимы УМ в норме, при нажатии на кнопку S2 реле через одну группу контактов замыкает лампу и подключает трансформатор напрямую к сети, а вторая группа контактов, дублируя кнопку S2 постоянно подключает реле к сети. В таком состоянии устройство находится до момента размыкания S1, или уменьшения напряжения меньше напряжения удержания контактов реле (в том числе и КЗ). При следующем включении S1 трансформатор опять подключается к сети через лампу, и так далее…

Помехозащищённость различных способов экранировки сигнальных проводов

3. Еще имеем собранную защиту АС от постоянного напряжения:

В защите реализованы:
задержка подключения АС
защита от постоянки на выходе, от КЗ
управление обдувом и отключение АС при перегреве радиаторов

Налаживание:
Предположим, всё собрано из исправных и проверенных тестером транзисторов и диодов. Изначально поставьте движки подстроечников в следующие положения: R6 — посередине, R12, R13 — в верхнее по схеме.
Стабилитрон VD7 поначалу не запаивайте. На ПП защиты разведены цепи Цобеля, необходимые для устойчивости усилителя, если они уже имеются на платах УМЗЧ, то их паять не нужно, а катушки можно заменить перемычками. В противном же случае катушки мотаются на оправке диаметром в 10 мм, например, хвосте сверла — проводом диаметром 1 мм. Длина получившейся намотки должна быть такой, чтобы катушка вставала в отведённые для неё на плате отверстия. После намотки рекомендую пропитать проволоку лаком или клеем, например, эпоксидкой или БФом — для жёсткости.
Провода, идущие от защиты к выходам усилителя, пока соедините с общим проводом, отключив от его выходов, разумеется. Необходимо соединить с «Меккой» УМЗЧ земляной полигон защиты, обозначенный на ПП пометкой «Main GND», иначе защита не будет правильно работать. Ну и, разумеется, площадки GND рядом с катушками.
Включив защиту с подключенными АС, начинаем уменьшать сопротивление R6 до щелчка реле. Открутив ещё один-два оборота подстроечника, отключаем защиту от сети, включаем две АС в параллель на любой из каналов и проверяем — сработают ли реле. Если не сработают — то всё работает как задумано, при нагрузке 2 Ома усилители к ней не подключатся, во избежание повреждения.
Далее отключаем провода «От УМЗЧ ЛК» и «От УМЗЧ ПК» от земли, включаем всё снова и проверяем, сработает ли защита, если на эти провода подавать постоянное напряжение около двух-трёх вольт. Реле должны отключать колонки — будет щелчок.
Можно ввести индикацию » Защита», если подсоединить цепочку из светодиода красного цвета свечения и резистора в 10 кОм между землёй и коллектором VT6. Этот светодиод будет показывать неисправность.
Далее настраиваем термоконтроль. Терморезисторы одеваем в водонепроницаемую трубку (внимание! они не должны намокнуть в ходе теста!).
Часто бывает так, что у радиолюбителя нет терморезисторов, указанных на схеме. Подойдут два одинаковых из имеющихся, сопротивлением от 4,7 кОм, но в этом случае сопротивление R15 должно равняться удвоенному сопротивлению последовательно включенных терморезисторов. Терморезисторы должны иметь отрицательный коэффициент сопротивления (уменьшать его с нагревом), позисторы работают наоборот и тут им не место.Кипятим стакан воды. Даём ему минут 10-15 подостыть в спокойном воздухе и опускаем в него терморезисторы. Крутим R13 до погасания светодиода «Перегрев» — Overheat , который должен был гореть изначально.
Когда вода остынет градусов до 50 (это можно ускорить, как именно — большой секрет) — крутим R12, чтобы погас светодиод «Обдув» или же FAN On.
Запаиваем стабилитрон VD7 на место.
Если глюков от запайки этого стабилитрона не обнаруживается, то всё нормально, но было такое, что без него транзисторная часть работает безупречно, с ним же — не хочет подключать реле ни в какую. В таком случае меняем его на любой с напряжением стабилизации от 3,3 В до 10В. Причина — утечка стабилитрона.
При нагревании терморезисторов до 90*С должен загораться светодиод «Overheat» — Перегрев и реле отключат АС от усилителя. При некотором остывании радиаторов всё подключится обратно, но такой режим работы аппарата должен как минимум насторожить владельца. При исправном вентиляторе и не забитом пылью туннеле срабатывания термала наблюдаться не должно вообще.
Если всё нормально, паяем провода на выхода усилителя и наслаждаемся.
Обдув (его интенсивность) настраивается подбором резисторов R24 и R25. Первый определяет производительность кулера при включенном обдуве (максимум), второй — когда радиаторы лишь чуть тёплые. R25 можно исключить вообще, но тогда вентилятор будет работать в режиме ВКЛ-ВЫКЛ.
Если реле имеют обмотки на 24В, то их надо соединить параллельно, если же на 12 — то последовательно.
Замена деталей. В качестве ОУ можно применить почти любой сдвоенный дешёвый ОУ в СОИК8 (от 4558 до ОРА2132, хотя, надеюсь, до последнего не дойдёт), например, TL072, NE5532, NJM4580 и т.п.
Транзисторы — 2n5551 меняются на ВС546-ВС548, либо на наши КТ3102. BD139 заменим на 2SC4793, 2SC2383, либо на подобный по току и напряжению, возможно поставить хоть КТ815.
Полевик меняется на подобный применённому, выбор огромен. Радиатор для полевика не требуется.
Диоды 1N4148 меняются на 1N4004 — 1N4007 или же на КД522. В выпрямителе же можно поставить 1N4004 — 1N4007 или использовать диодный мостик с током 1 А.
Если управление обдувом и защита от перегрева УМЗЧ не нужны, то не запаивается правая часть схемы — ОУ, терморезисторы, полевик и т.д, кроме диодного мостика и фильтрующего конденсатора. Если у вас уже есть источник питания 22..25В в усилителе, то можно использовать и его, не забывая о токе потребления защиты около 0,35А при включении обдува.

Рекомендации по сборке и настройке УМЗЧ:
Перед началом сборки печатной платы следует выполнить относительно несложные операции с платой, а именно – просмотреть на просвет, нет ли малозаметных при обычном освещении замыканий между дорожками. Заводское производство не исключает производственных дефектов, к сожалению. Пайку рекомендуется осуществлять припоем ПОС-61 или подобным с температурой плавления не выше 200* С.

Вначале следует определиться с применяемым ОУ. Крайне не рекомендуется применение ОУ от Analog Devices – в данном УМЗЧ их характер звучания несколько отличается от задуманного автором, а излишне высокая скорость может привести к неустранимому самовозбуждению усилителя. Приветствуется замена ОРА134 на ОРА132, ОРА627, т.к. они обладают меньшими искажениями на ВЧ. То же самое относится к ОУ DA1 – рекомендуется использовать ОРА2132, ОРА2134 (в порядке предпочтения). Допустимо использование ОРА604, ОРА2604, но при этом искажений будет несколько больше. Конечно, можно поэкспериментировать с типом ОУ, но на свой страх и риск. УМЗЧ будет работать и с КР544УД1, КР574УД1, но уровень смещения нуля на выходе увеличится и вырастут гармоники. Звук же…думаю, комментарии не нужны.

С самого начала монтажа рекомендуется попарно отобрать транзисторы. Это не необходимая мера, т.к. усилитель будет работать и при разбросе 20-30%, но если вы ставите цель получить максимальное качество, то уделите этому внимание. Особо следует выделить подбор Т5, Т6 – их лучше всего использовать с максимальным Н21э – это снизит нагрузку на ОУ и улучшит его выходной спектр. Т9, Т10 также должны иметь как можно более близкое усиление. Для транзисторов защёлки подбор необязателен. Выходные транзисторы – если они из одной партии, можно не подбирать, т.к. культура производства на Западе несколько выше привычной нам и разброс укладывается в 5-10%.

Далее, вместо выводов резисторов R30, R31 рекомендуется впаять отрезки провода длиной пару сантиметров, поскольку потребуется подбор их сопротивлений. Начальное значение в 82 Ом даст ток покоя УН примерно 20..25 мА, статистически же получалось от 75 до 100 Ом, это сильно зависит от конкретных транзисторов.
Как уже отмечалось в теме по усилителю, использовать транзисторные оптроны не стоит. Поэтому ориентироваться стоит на АОД101А-Г. Импортные диодные оптопары не опробовались из-за недоступности, это временно. Наилучшие результаты получаются на АОД101А одной партии для обеих каналов.

Помимо транзисторов, попарно стоит подобрать комплементарные резисторы УНа. Разброс не должен превышать 1%. Особо тщательно нужно подобрать R36=R39, R34=R35, R40=R41. Для ориентира отмечу, что с разбросом более 0,5 % на вариант без ООС лучше не переходить, т.к. будет рост чётных гармоник. Именно невозможность достать точные детали в своё время остановила эксперименты автора по безООСному направлению. Введение же балансировки в цепь токовой ОС решает проблему не полностью.

Резисторы R46, R47 можно запаять по 1 кОм, но если есть желание более точно настроить токовый шунт, то лучше поступить так же, как и с R30, R31 – впаять проводки для подпайки.
Как выяснилось по ходу повторения схемы, при некотором стечении обстоятельств возможно возбуждение в цепи слежения ЭА. Это проявлялось в виде неконтролируемого дрейфа тока покоя, а особенно – в виде колебаний частотой около 500 кГц на коллекторах Т15, Т18.
Необходимые коррективы изначально заложены в эту версию, но проверить осциллографом всё же стоит.

Диоды VD14, VD15 вынесены на радиатор для температурной компенсации тока покоя. Это можно сделать, подпаяв провода к выводам диодов и приклеив их к радиатору клеем типа «Момент» или подобным.

Перед первым включением необходимо тщательно отмыть плату от следов флюса, просмотреть на отсутствие замыканий дорожек припоем, убедиться, что общие провода подсоединены к средней точке конденсаторов блока питания. Также настоятельно рекомендуется использовать цепь Цобеля и катушку на выходе УМЗЧ, на схеме они не показаны, т.к. автор считает их применение за правило хорошего тона. Номиналы этой цепи обычны – это последовательно включённые резистор 10 Ом 2 Вт и конденсатор К73-17 или подобный ёмкостью 0,1 мкФ. Катушка же наматывается лакированным проводом диаметром 1 мм на резисторе МЛТ-2, число витков – 12…15 (до заполнения). На ПП защиты эта цепь разведена полностью.

Все транзисторы ВК и Т9, Т10 в УН – крепятся на радиаторе. Мощные транзисторы ВК устанавливаются через слюдяные прокладки и для улучшения теплового контакта используется паста типа КПТ-8. Околокомпьютерные же пасты применять не рекомендуется – высока вероятность подделки, да и тесты подтверждают, что зачастую КПТ-8 – это лучший выбор, к тому же очень недорогой. Чтобы не влететь на подделку – используйте КПТ-8 в металлических тюбиках, наподобие зубной пасты. До этого пока ещё не добрались, к счастью.

Для транзисторов в изолированном корпусе использование слюдяной прокладки необязательно и даже нежелательно, т.к. ухудшает условия теплового контакта.
Последовательно с первичной обмоткой сетевого трансформатора обязательно включите лампочку на 100-150Вт – это спасёт от многих неприятностей.

Закоротите выводы светодиода оптрона D2 (1 и 2) и включите. Если всё собрано правильно, то потребляемый усилителем ток не должен превышать 40 мА (выходной каскад будет работать в режиме В). Постоянное напряжение смещения на выходе УМЗЧ не должно превышать 10 мВ. Размокните светодиод. Ток, потребляемый усилителем, должен возрасти до 140…180 мА. Если он возрастает больше, то проверьте (рекомендуется делать это стрелочным вольтметром) коллекторы Т15, Т18. Если всё работает верно, там должны быть напряжения, отличающиеся от питающих примерно на 10-20 В. В случае, когда это отклонение меньше 5 В, а ток покоя слишком большой – попробуйте поменять диоды VD14, VD15 на другие, очень желательно, чтобы они были из одной партии. Ток покоя УМЗЧ, если он не укладывается в диапазон от 70 до 150 мА, можно установить также подбором резисторов R57, R58. Возможная замена для диодов VD14, VD15: 1N4148, 1N4001-1N4007, КД522. Либо же снизьте протекающий через них ток одновременным увеличением R57, R58. В мыслях была возможность реализации смещения такого плана: вместо VD14, VD15 использовать переходы БЭ транзисторов из тех же партий, что и Т15, Т18, но тогда придётся существенно увеличивать R57, R58 – до полной настройки получившихся токовых зеркал. При этом вновь вводимые транзисторы должны быть в тепловом контакте с радиатором, как и диоды, вместо которых они ставятся.

Далее нужно установить ток покоя УНа. Оставьте усилитель включенным и через 20-30 минут проверьте падение напряжения на резисторах R42, R43. там должно падать 200…250 мВ, что означает ток покоя 20-25 мА. Если он больше, то необходимо снизить сопротивления R30, R31, если меньше-то, соответственно, увеличить. Может случиться такое, что ток покоя УНа будет несимметричным – в одном плече 5-6мА, в другом 50мА. В этом случае выпаяйте транзисторы из защёлки и продолжайте пока без них. Эффект не нашёл логического обьяснения, но исчезал при замене транзисторов. Вообще – в защёлке нет смысла использовать транзисторы с большим Н21э. Достаточно усиления от 50.

После настройки УНа снова проверяем ток покоя ВК. Его следует мерить по падению напряжения на резисторах R79, R82. Току 100 мА соответствует падение напряжения 33 мВ. Из этих 100 мА около 20 мА потребляет предконечный каскад и до 10 мА может уходить на управление оптроном, поэтому в случае, когда на этих резисторах падает, например, 33 мВ – ток покоя составит 70…75мА. Уточнить его можно по замерам падения напряжения на резисторах в эмиттерах выходных транзисторов и последующего суммирования. Ток покоя выходных транзисторов от 80 до 130 мА можно считать нормальным, при этом заявленные параметры полностью сохраняются.

По результатам замеров напряжений на коллекторах Т15, Т18 можно сделать вывод о достаточности управляющего тока через оптрон. Если Т15, Т18 почти в насыщении (напряжения на их коллекторах отличаются от питающих менее чем на 10 В) – то нужно уменьшить номиналы R51, R56 примерно в полтора раза и провести повторный замер. Ситуация с напряжениями должна измениться, а ток покоя – остаться преждним. Оптимальным считается случай, когда напряжения на коллекторах Т15, Т18 равны примерно половине питающих напряжений, но вполне достаточно отклонения от питания на 10-15В, это резерв, который нужен для управления оптроном на музыкальном сигнале и реальной нагрузке. Резисторы R51, R56 могут нагреваться до 40-50*С, это нормально.

Мгновенная мощность в самом тяжёлом случае – при выходном напряжении близком к нулю – не превышает 125-130 Вт на транзистор (по техусловиям допускается до 150Вт) и действует она практически моментально, что не должно повести за собой каких-либо последствий.

Срабатывание защёлки можно определить субьективно-по резкому снижению выходной мощности и характерному «грязному» звучанию, проще говоря – в АС будет сильно искажённый звук.

4. Предварительный усилитель и его БП

Материал по Высококачественному ПУ:

Служит для тембровой коррекции и тонкомпенсации при регулировании громкости. Возможно использование для подключения наушников.

В качестве темброблока использован хорошо себя зарекомендовавший ТБ 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.

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 ТБ — 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 ПУ 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.

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

Результаты измерений:

Недавно обратился некий человек с просьбой собрать ему усилитель достаточной мощности и раздельными каналами усиления по низким, средним и высоким частотам. до этого не раз уже собирал для себя в качестве эксперимента и, надо сказать, эксперименты были весьма удачными. Качество звучания даже недорогих колонок не очень высокого уровня заметно при этом улучшается по сравнению, например, с вариантом применения пассивных фильтров в самих колонках. К тому же появляется возможность довольно легко менять частоты раздела полос и коэффициент усиления каждой отдельно взятой полосы и, таким образом, проще добиться равномерной АЧХ всего звукоусилительного тракта. В усилителе были применены готовые схемы, которые до этого не раз были опробованы в более простых конструкциях.

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).

Предварительный усилитель-темброблок

В качестве него была применена схема, не раз проверенная до этого, которая при своей простоте и доступности деталей показывает довольно хорошие характеристики. Схема (как и все последующие) в своё время была опубликована в журнале «Радио» и затем не раз публиковалась на различных сайтах в интернете:

Входной каскад на DA1 содержит переключатель уровня усиления (-10; 0; +10 дБ), что упрощает согласование всего усилителя с различными по уровню источниками сигнала, а на DA2 собран непосредственно регулятор тембров. Схема не капризна к некоторому разбросу номиналов элементов и не требует никакого налаживания. В качестве ОУ можно применить любые микросхемы, применяемые в звуковых трактах усилителей, например здесь (и в последующих схемах) пробовал импортные ВА4558, TL072 и LM2904. Подойдёт любая, но лучше, конечно, выбирать варианты ОУ с возможно меньшим уровнем собственного шума и высоким быстродействием (коэффициентом нарастания входного напряжения). Эти параметры можно посмотреть в справочниках (даташитах). Конечно, здесь вовсе не обязательно применять именно эту схему, вполне можно, например, сделать не трёхполосный, а обычный (стандартный) двухполосный темброблок. Но не «пассивную» схему, а с каскадами усиления-согласования по входу и выходу на транзисторах или ОУ.

Блок фильтров

Схем фильтров, также, при желании можно найти множество, так как публикаций на тему многополосных усилителей сейчас достаточно. Для облегчения этой задачи и просто для примера, я приведу здесь несколько возможных схем, найденных в различных источниках:

— схема, которая была применена мной в этом усилителе, так как частоты раздела полос оказались как раз такие, которые и нужны были «заказчику» — 500 Гц и 5 кГц и ничего пересчитывать не пришлось.

— вторая схема, попроще на ОУ.

И ещё одна возможная схема, на транзисторах:

Как уже писал ваше, выбрал первую схему из-за довольно качественной фильтрации полос и соответствии частот разделения полос заданным. Только на выходах каждого канала (полосы) были добавлены простые регуляторы уровня усиления (как это сделано, например, в третьей схеме, на транзисторах). Регуляторы можно поставить от 30 до 100 кОм. Операционные усилители и транзисторы во всех схемах можно заменить на современные импортные (с учётом цоколёвки!) для получения лучших параметров схем. Никакой настройки все эти схемы не требуют, если не требуется изменить частоты раздела полос. К сожалению, дать информацию по пересчёту этих частот раздела я не имею возможности, так как схемы искались для примера «готовые» и подробных описаний к ним не прилагалось.

В схему блока фильтров (первая схема из трёх) была добавлена возможность отключения фильтрации по каналам СЧ и ВЧ. Для этого были установлены два кнопочных переключателя типа П2К, с помощью которых просто можно замкнуть точки соединения входов фильтров - R10C9 с их соответствующими выходами — «выход ВЧ» и «выход СЧ». В этом случае по этим каналам идёт полный звуковой сигнал.

Усилители мощности

С выхода каждого канала фильтра сигналы ВЧ-СЧ-НЧ подаются на входы усилителй мощности, которые, также, можно собрать по любой из известных схем в зависимости от необходимой мощности всего усилителя. Я делал УМЗЧ по известной давно схеме из журнала «Радио», №3, 1991 г., стр.51. Здесь даю ссылку на «первоисточник», так как по поводу этой схемы существует много мнений и споров по повод её «качественности». Дело в том, что на первый взгляд это схема усилителя класса «B» с неизбежным присутствием искажений типа «ступенька», но это не так. В схеме применено токовое управление транзисторами выходного каскада, что позволяет избавиться от этих недостатков при обычном, стандартном включении. При этом схема очень простая, не критична к применяемым деталям и даже транзисторы не требует особого предварительного подбора по параметрам К тому же схема удобна тем, что мощные выходные транзисторы можно ставить на один теплоотвод попарно без изолирующих прокладок, так как выводы коллекторов соединены в точке «выхода», что очень упрощает монтаж усилителя:

При настройке лишь ВАЖНО подобрать правильные режимы работы транзисторов предоконечного каскада (подбором резисторов R7R8) - на базах этих транзисторов в режиме «покоя» и без нагрузки на выходе (динамика) должно быть напряжение в пределах 0,4-0,6 вольт. Напряжение питания для таких усилителей (их, соответственно, должно быть 6 штук) поднял до 32 вольт с заменой выходных транзисторов на 2SA1943 и 2SC5200, сопротивление резисторов R10R12 при этом следует также увеличить до 1,5 кОм (для «облегчения жизни» стабилитронам в цепи питания входных ОУ). ОУ также были заменены на ВА4558, при этом становится не нужна цепь «установки нуля» (выходы 2 и 6 на схеме) и, соответственно меняется цоколёвка при пайке микросхемы. В результате при проверке каждый усилитель по этой схеме выдавал мощность до 150 ватт (кратковременно) при вполне адекватной степени нагрева радиатора.

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.

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 сайт ).

Характеристики усилителя:
Питание до +\- 75В
Номинальная выходная мощность, Вт — 300 Вт\4 Ом
Кг (THD) на номинальной выходной мощности на частоте 1 кГц, не более 0,0008% (типовое значение — не более 0,0006%)
Коэффициент интермодуляционных искажений, не более 0,002% (типовое значение-менее 0,0015%)

В схеме УМЗЧ имеется:
симметричный вход
клиплимитер на оптроне АОР124
система защиты от токовых перегрузок и КЗ в нагрузке

Красным обведены узлы, не нужные для усечённой версии. В скобках – номиналы для питания +\- 45В.

В защите реализованы:
задержка подключения АС
защита от постоянки на выходе, от КЗ
управление обдувом и отключение АС при перегреве радиаторов
Схема защиты

Рекомендации по сборке и настройке УМЗЧ:
Перед началом сборки печатной платы следует выполнить относительно несложные операции с платой, а именно – просмотреть на просвет, нет ли малозаметных при обычном освещении замыканий между дорожками. Заводское производство не исключает производственных дефектов, к сожалению. Пайку рекомендуется осуществлять припоем ПОС-61 или подобным с температурой плавления не выше 200* С.

Вначале следует определиться с применяемым ОУ. Крайне не рекомендуется применение ОУ от Analog Devices – в данном УМЗЧ их характер звучания несколько отличается от задуманного автором, а излишне высокая скорость может привести к неустранимому самовозбуждению усилителя. Приветствуется замена ОРА134 на ОРА132, ОРА627, т.к. они обладают меньшими искажениями на ВЧ. То же самое относится к ОУ DA1 – рекомендуется использовать ОРА2132, ОРА2134 (в порядке предпочтения). Допустимо использование ОРА604, ОРА2604, но при этом искажений будет несколько больше. Конечно, можно поэкспериментировать с типом ОУ, но на свой страх и риск. УМЗЧ будет работать и с КР544УД1, КР574УД1, но уровень смещения нуля на выходе увеличится и вырастут гармоники. Звук же…думаю, комментарии не нужны.
С самого начала монтажа рекомендуется попарно отобрать транзисторы. Это не необходимая мера, т.к. усилитель будет работать и при разбросе 20-30%, но если вы ставите цель получить максимальное качество, то уделите этому внимание. Особо следует выделить подбор Т5, Т6 – их лучше всего использовать с максимальным Н21э – это снизит нагрузку на ОУ и улучшит его выходной спектр. Т9, Т10 также должны иметь как можно более близкое усиление. Для транзисторов защёлки подбор необязателен. Выходные транзисторы – если они из одной партии, можно не подбирать, т.к. культура производства на Западе несколько выше привычной нам и разброс укладывается в 5-10%.
Далее, вместо выводов резисторов R30, R31 рекомендуется впаять отрезки провода длиной пару сантиметров, поскольку потребуется подбор их сопротивлений. Начальное значение в 82 Ом даст ток покоя УН примерно 20..25 мА, статистически же получалось от 75 до 100 Ом, это сильно зависит от конкретных транзисторов.
Как уже отмечалось в теме по усилителю, использовать транзисторные оптроны не стоит. Поэтому ориентироваться стоит на АОД101А-Г. Импортные диодные оптопары не опробовались из-за недоступности, это временно. Наилучшие результаты получаются на АОД101А одной партии для обеих каналов.
Помимо транзисторов, попарно стоит подобрать комплементарные резисторы УНа. Разброс не должен превышать 1%. Особо тщательно нужно подобрать R36=R39, R34=R35, R40=R41. Для ориентира отмечу, что с разбросом более 0,5 % на вариант без ООС лучше не переходить, т.к. будет рост чётных гармоник. Именно невозможность достать точные детали в своё время остановила эксперименты автора по безООСному направлению. Введение же балансировки в цепь токовой ОС решает проблему не полностью.
Резисторы R46, R47 можно запаять по 1 кОм, но если есть желание более точно настроить токовый шунт, то лучше поступить так же, как и с R30, R31 – впаять проводки для подпайки.
Как выяснилось по ходу повторения схемы, при некотором стечении обстоятельств возможно возбуждение в цепи слежения ЭА. Это проявлялось в виде неконтролируемого дрейфа тока покоя, а особенно – в виде колебаний частотой около 500 кГц на коллекторах Т15, Т18.
Необходимые коррективы изначально заложены в эту версию, но проверить осциллографом всё же стоит.
Диоды VD14, VD15 вынесены на радиатор для температурной компенсации тока покоя. Это можно сделать, подпаяв провода к выводам диодов и приклеив их к радиатору клеем типа «Момент» или подобным.
Перед первым включением необходимо тщательно отмыть плату от следов флюса, просмотреть на отсутствие замыканий дорожек припоем, убедиться, что общие провода подсоединены к средней точке конденсаторов блока питания. Также настоятельно рекомендуется использовать цепь Цобеля и катушку на выходе УМЗЧ, на схеме они не показаны, т.к. автор считает их применение за правило хорошего тона. Номиналы этой цепи обычны – это последовательно включённые резистор 10 Ом 2 Вт и конденсатор К73-17 или подобный ёмкостью 0,1 мкФ. Катушка же наматывается лакированным проводом диаметром 1 мм на резисторе МЛТ-2, число витков – 12…15 (до заполнения). На ПП защиты эта цепь разведена полностью.
Все транзисторы ВК и Т9, Т10 в УН – крепятся на радиаторе. Мощные транзисторы ВК устанавливаются через слюдяные прокладки и для улучшения теплового контакта используется паста типа КПТ-8. Околокомпьютерные же пасты применять не рекомендуется – высока вероятность подделки, да и тесты подтверждают, что зачастую КПТ-8 – это лучший выбор, к тому же очень недорогой. Чтобы не влететь на подделку – используйте КПТ-8 в металлических тюбиках, наподобие зубной пасты. До этого пока ещё не добрались, к счастью.
Для транзисторов в изолированном корпусе использование слюдяной прокладки необязательно и даже нежелательно, т.к. ухудшает условия теплового контакта.
Последовательно с первичной обмоткой сетевого трансформатора обязательно включите лампочку на 100-150Вт – это спасёт от многих неприятностей.
Закоротите выводы светодиода оптрона D2 (1 и 2) и включите. Если всё собрано правильно, то потребляемый усилителем ток не должен превышать 40 мА (выходной каскад будет работать в режиме В). Постоянное напряжение смещения на выходе УМЗЧ не должно превышать 10 мВ. Размокните светодиод. Ток, потребляемый усилителем, должен возрасти до 140…180 мА. Если он возрастает больше, то проверьте (рекомендуется делать это стрелочным вольтметром) коллекторы Т15, Т18. Если всё работает верно, там должны быть напряжения, отличающиеся от питающих примерно на 10-20 В. В случае, когда это отклонение меньше 5 В, а ток покоя слишком большой – попробуйте поменять диоды VD14, VD15 на другие, очень желательно, чтобы они были из одной партии. Ток покоя УМЗЧ, если он не укладывается в диапазон от 70 до 150 мА, можно установить также подбором резисторов R57, R58. Возможная замена для диодов VD14, VD15: 1N4148, 1N4001-1N4007, КД522. Либо же снизьте протекающий через них ток одновременным увеличением R57, R58. В мыслях была возможность реализации смещения такого плана: вместо VD14, VD15 использовать переходы БЭ транзисторов из тех же партий, что и Т15, Т18, но тогда придётся существенно увеличивать R57, R58 – до полной настройки получившихся токовых зеркал. При этом вновь вводимые транзисторы должны быть в тепловом контакте с радиатором, как и диоды, вместо которых они ставятся.
Далее нужно установить ток покоя УНа. Оставьте усилитель включенным и через 20-30 минут проверьте падение напряжения на резисторах R42, R43. там должно падать 200…250 мВ, что означает ток покоя 20-25 мА. Если он больше, то необходимо снизить сопротивления R30, R31, если меньше-то, соответственно, увеличить. Может случиться такое, что ток покоя УНа будет несимметричным – в одном плече 5-6мА, в другом 50мА. В этом случае выпаяйте транзисторы из защёлки и продолжайте пока без них. Эффект не нашёл логического обьяснения, но исчезал при замене транзисторов. Вообще – в защёлке нет смысла использовать транзисторы с большим Н21э. Достаточно усиления от 50.
После настройки УНа снова проверяем ток покоя ВК. Его следует мерить по падению напряжения на резисторах R79, R82. Току 100 мА соответствует падение напряжения 33 мВ. Из этих 100 мА около 20 мА потребляет предконечный каскад и до 10 мА может уходить на управление оптроном, поэтому в случае, когда на этих резисторах падает, например, 33 мВ – ток покоя составит 70…75мА. Уточнить его можно по замерам падения напряжения на резисторах в эмиттерах выходных транзисторов и последующего суммирования. Ток покоя выходных транзисторов от 80 до 130 мА можно считать нормальным, при этом заявленные параметры полностью сохраняются.
По результатам замеров напряжений на коллекторах Т15, Т18 можно сделать вывод о достаточности управляющего тока через оптрон. Если Т15, Т18 почти в насыщении (напряжения на их коллекторах отличаются от питающих менее чем на 10 В) – то нужно уменьшить номиналы R51, R56 примерно в полтора раза и провести повторный замер. Ситуация с напряжениями должна измениться, а ток покоя – остаться преждним. Оптимальным считается случай, когда напряжения на коллекторах Т15, Т18 равны примерно половине питающих напряжений, но вполне достаточно отклонения от питания на 10-15В, это резерв, который нужен для управления оптроном на музыкальном сигнале и реальной нагрузке. Резисторы R51, R56 могут нагреваться до 40-50*С, это нормально.
Мгновенная мощность в самом тяжёлом случае – при выходном напряжении близком к нулю – не превышает 125-130 Вт на транзистор (по техусловиям допускается до 150Вт) и действует она практически моментально, что не должно повести за собой каких-либо последствий.
Срабатывание защёлки можно определить субьективно-по резкому снижению выходной мощности и характерному «грязному» звучанию, проще говоря – в АС будет сильно искажённый звук.