Портал для радиолюбителей, меломанов, аудиофилов и сочувствующих последним.

Схемы усилителей, регуляторов громкости и тембра, DAC, блоков питания и стабилизаторов и т.п.

Предварительный усилитель с претензией на Hi-End! (часть I)

Предварительный усилитель 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:

Структурная схема предварительного усилителяи

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:

Схема предварительного усилителя.

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:

Печатная плата предварительного усилителя

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:

Печатная плата предварительного усилителя

Увеличение по клику

Данный блок настройки не требует.
Частотные характеристики усилителя и регулятора тембра:

АЧХ предварительного усилителя

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»

Понравилась статья? Расскажи друзьям:

0

Похожие статьи:


Следите за новостями портала:


Новое в "РадиоГазете"

2 комментария к “Предварительный усилитель с претензией на Hi-End! (часть I)”

  1. 1
    Виктор:

    Статья впечатлила. Данные по этому предварительному усилителю понравились Ещё бы рисунок печатной платы ... Если есть возможность, поделитесь пожалуйста рисунком печатной платы.

  2. 2
    Главный редактор:

    Все печатные платы есть в третьей части статьи radiopages.ru/preamp3.html

Добавить комментарий

Спамеры, не тратьте своё время - все комментарии модерируются!!!
All comments are moderated!


Поиск по сайту:

Рубрики:

Самое читаемое:

Последние комментарии:

Green
к посту: Всё об усилителе JLH. Часть I — рождение легенды
"Цитата: Таким образом глубина общей ООС.."

Oleg
к посту: Регулируемые стабилизаторы LM317 и LM337. Особенности применения
"Доброго здоровья, уважаемый редактор! Тр.."

Александр Компромистер
к посту: Усилитель для наушников на TDA2003 в классе А
"В "Усилителе для наушников на TDA2003 в.."

Главный редактор
к посту: Регулируемые стабилизаторы LM317 и LM337. Особенности применения
"Олег, не очень! Так можно схему спалить..."

Oleg
к посту: Регулируемые стабилизаторы LM317 и LM337. Особенности применения
"Благодарю Вас за ответ и терпение. Я не.."

Главный редактор
к посту: Регулируемые стабилизаторы LM317 и LM337. Особенности применения
"Если делать всё правильно, то стабилизат.."

Oleg
к посту: Регулируемые стабилизаторы LM317 и LM337. Особенности применения
"Уважаемый редактор! Благодарю вас за под.."

Вход:

Подписаться на новые выпуски РадиоГазеты:


Новое в "РадиоГазете"
Подписаться письмом


Контакты:

Если Вы хотите:
  1. Предложить свои материалы для публикации,
  2. Сообщить о неработающей ссылке,
  3. Поделиться своими впечатлениями или замечаниями по сайту,
пожалуйста, воспользуйтесь для этого
формой для контактов
.

Тираж: