Високоякісний попередній підсилювач

Багато радіоаматори вважають, що якість звучання побутового радіокомплекс мало не цілком визначається параметрами тільки підсилювача потужності ЗЧ і акустичної системи. З цим навряд чи можна погодитися. Як показує практика, саме після появи в комплексі підсилювача потужності і гучномовців високого класу виявляються раніше непомітні недоліки інших вузлів звуковідтворювального тракту: попереднього підсилювача, темброблок, передпідсилювача-коректора програвача і т. п. Доробку тракту в цьому випадку зазвичай починають з попереднього підсилювача і регуляторів гучності і тембру. І тут виявляється, що сформулювати конкретні вимоги до них не так-то просто і в першу чергу тому, що норми на параметри цих пристроїв багато в чому залежать від обраної структурної схеми тракту.

Справді, попередній підсилювач, регулятор гучності і темброблок можуть бути з'єднані в різній послідовності. Найбільш часто регулятор гучності включають або на вході попереднього підсилювача (за яким слід темброблок), або на вході підсилювача потужності (тобто після темброблок). У першому з цих варіантів полегшується узгодження пристроїв за рівнями сигналів, виключається перевантаження окремих каскадів, але трохи погіршується відношення сигнал / шум, так як на вхід попереднього підсилювача в більшості випадків надходить сигнал, ослаблений регулятором гучності. Крім того, цей варіант незручний, якщо передбачається введення таких режимів, як "Монітор", незалежна робота з двома джерелами сигналу і т. п.

У другому варіанті комутація спрощується, вимоги до шумових характеристик попереднього підсилювача можуть бути знижені, але на перший план висувається його перевантажувальна здатність. Вона в цьому випадку повинна бути, принаймні, не менше 20 дБ, що не завжди здійснимо.

Можливий і компромісний варіант,

у якому регулятор гучності включений на вході підсилювача потужності, а ще один, додатковий регулятор рівня сигналу – на вході попереднього підсилювача. Призначення останнього – понизити рівень вхідного сигналу до номінального значення. Така структура є найбільш відповідною для високоякісного звуковідтворювального комплексу.

Багато що залежить від схемних рішень вузлів розглянутої частини тракту. Перш ніж їх вибирати, необхідно чітко відповісти на наступні питання:

– Якими (активними або пасивними) повинні бути регулятори гучності і тембру)?

– Чи повинна бути в регуляторі гучності Тонкомпенсація?

– Скільки смуг повинен мати регулятор тембру?

– Які повинні бути межі регулювання тембру?

У що отримали в останні роки широке поширення активних регуляторів гучності чимало переваг: великий діапазон регулювання, можливість застосування доступних змінних резисторів групи А і т. д. Але є й істотні недоліки: в них важко отримати нульовий рівень вихідного сигналу (особливо за наявності тонкомпенсації); підсилювальні каскади – основа таких регуляторів – вносять в сигнал викривлення, хоч би якою малими вони не були. На думку автора, у високоякісному звуковідтворювальною тракті повинно бути якомога менше підсилювальних каскадів, і з цієї точки зору пасивний регулятор гучності переважніше.

Що стосується активних регуляторів тембру, які також будують на основі підсилювачів, то в них АЧХ формується зміною в широких межах глибини частотно-залежної ООС. З точки зору мінімізації нелінійних, інтермодуляціонних, фазових і динамічних спотворень такий режим роботи не можна вважати сприятливим, тому використовувати активні регулятори тембру у високоякісному комплексі навряд чи доцільно.

У регуляторі гучності бажано мати тонкомпенсації, так як без неї звучання на малих рівнях гучності втрачає природність. Проте вхідні і вихідні опору відомих автору тонкомпенсірованних регуляторів – комплексні, частотно-залежні та змінюються при регулюванні в широких межах. Для нормальної роботи такий регулятор необхідно включати в тракт через розв'язують підсилювачі, а це, як уже зазначалося, додаткові джерела спотворень сигналу. Звичайно, можна передбачити можливість відключення тонкомпенсірующіх ланцюгів, але це ускладнить комутацію, потребують узгодження характеристик регулятора з підключеними і відключеними ланцюгами. Щоб не ускладнювати завдання, від тонкомпенсації, мабуть, можна відмовитися, особливо, якщо врахувати, що викривлення тембру звучання при її відсутності будуть тільки на малих рівнях гучності, а високоякісні фонограми зазвичай слухають на рівнях, вище середнього.

Менш очевидна відповідь на питання про необхідний числі смуг регулятора тембру. Безсумнівно, найбільшими можливостями володіють багатосмугові регулятори – еквалайзери. Вони дозволяють коректувати частотну характеристику звукового тиску з урахуванням особливостей акустичної системи, приміщення прослуховування, спектру фонограми. Однак схеми еквалайзерів досить складні, за рівнем спотворень і шумовим характеристикам вони значно поступаються найпростішим. Крім того, як зазначалося в [Л], у ряді випадків високу якість звуковідтворення забезпечується при подачі сигналу від джерела безпосередньо на вхід підсилювача потужності. Виходячи з цього, автор вважає за доцільне для оперативної регулювання тембру використовувати звичайний пасивний мостовий регулятор вищих і нижчих частот, а еквалайзер разом з іншими допоміжними пристроями (шумоглушник, рокот-фільтром, фільтрами нижніх і верхніх частот і т. п.) об'єднати конструктивно в спеціальний блок, що включається в тракт тільки в необхідних випадках (наприклад, при прослуховуванні і перезапису фонограм недостатньо високої якості).

З урахуванням усього сказаного вище структура розглянутої частини тракту вимальовується такою: допоміжний регулятор (плавний або ступінчастий), що послабляє сигнал на 20 … 30 дБ, попередній підсилювач з горизонтальною АЧХ і мінімально можливими спотвореннями в робочому діапазоні частот, пасивний мостовий регулятор тембру з невеликими (при-

мірно ± 10 дБ) межами регулювання і пасивний нетонкомпенсірованний регулятор гучності. Вхідні і вихідні опору каскадів необхідно вибрати такими, щоб забезпечити їх нормальну спільну роботу. Оскільки номінальне вхідна напруга підсилювача потужності – 0,2 В [Л], сумарний коефіцієнт передачі попереднього підсилювача і регулятора тембру можна вибрати рівним 1, тобто використовувати перше з цих пристроїв тільки для компенсації ослаблення сигналу другим. Номінальна вхідна напруга тракту в цьому випадку також буде дорівнює 0,2 В, що, з одного боку, цілком достатньо для роботи з більшістю джерел сигналу, а з іншого – дозволяє подавати сигнал (зі збереженням рівня) через регулятор гучності безпосередньо на вхід підсилювача потужності (минаючи попередній підсилювач і регулятор тембру).

Якісні показники комплексу при вибраній структурі визначаються по суті параметрами попереднього підсилювача: його шумами, робочим діапазоном частот, гармонійними і інтермодуляціонних спотвореннями, перевантажувальної здатністю. Виходячи з технічних характеристик підсилювача потужності, норми на параметри попереднього підсилювача були встановлені наступні:

Номінальна вхідна напруга. У …… 0,2

Відношення сигнал / шум, дБ, не менш ……. 80

Перевантажувальна здатність, дБ ……… 15 … 20

Номінальний діапазон частот (по сигналу максимальної амплітуди), Гц, не вже ……. 20 … 20 000

Коефіцієнт гармонік у номінальному діапазоні частот,%, не більше … .. 0,05

Крім того, було поставлено ще одне, додаткову умову: включення у тракт попереднього підсилювача з регулятором тембру (у положенні горизонтальної АЧХ) не повинно погіршувати якості звучання при суб'єктивних експертизах. Як з'ясувалося, саме це вимога виявилася найбільш важливим. Цілий ряд пристроїв з дуже хорошими параметрами при таких випробуваннях вносили викривлення, характер яких насилу піддається опису, але наявність їх безпомилково визначалося за погіршення "прозорості:", "чистоти", природності звучання.

Після тривалих пошуків і серії невдач був розроблений підсилювач на основі ОП К574УД1А (див. рис. 1), що відповідає всім поставленим вимогам. Експерименти показали, що коефіцієнт гармонік цього ОУ сильно залежить від навантаження: знехтувати малий при її опорі 100 кОм і більше він зростає до 0,1% на навантаженні 10 кОм. Звідси був зроблений висновок, що для отримання досить низького рівня нелінійних спотворень ОУ необхідно "умощніть". Для цієї мети був вибраний так званий паралельний підсилювач. Від звичайних він відрізняється тим, що викривлення типу "сходинка" в ньому практично відсутні навіть без ООС. В підсилювачі ж, охопленому ООС, коефіцієнт гармонік

в діапазоні частот 20 … 20 000 Гц не перевищує 0,03% при опорі навантаження більше 500 Ом. Спотворення вимірювалися приладом С6-5. Як джерело сигналу був використаний генератор Г3-102. Коефіцієнти гармонік власне генератора і генератора з підсилювачем були однаковими. Це дає підстави вважати, що фактичне значення параметра менше 0,03%. Інтермодуляціонних спотворення виміряти не вдалося через відсутність необхідної апаратури.

Принципова схема попереднього підсилювача з регулятором тембру наведена на рис. 2. ОП DA1 і транзистор VT1-VT4 утворюють лінійний підсилювач, що компенсує втрати сигналу в регуляторі тембру (R19-R26, С8-С11), на ОУ DA2 і транзисторах VT5 – VT8 зібраний розв'язують підсилювач, вихідний сигнал якого використовується для запису на магнітофон. Взагалі кажучи, коефіцієнт передачі цього підсилювача бажано вибирати близьким до 1. Однак оскільки умощненний ОУ як повторювач працює гірше, ніж підсилювач, коефіцієнт передачі був обраний рівним 13, а для отримання рівня сигналу, необхідного для запису, на вході розв'язують підсилювача включений дільник напруги R10R11. Загальний коефіцієнт передачі підсилювача з дільником – 1,8 … 1,9.

Мостовий регулятор тембру особливостей не має. АЧХ на нижчих і вищих частотах регулюють відповідно змінними резисторами R25 і R20.

Резистори R19, R21 запобігають монотонний підйом і спад АЧХ із зростанням частоти, в результаті чого вона набуває вигляду, показаний на мал. 3 суцільною лінією. При необхідності за допомогою реле К1 регулятор тембру можна виключити з. тракту. Сигнал у цьому випадку знімають з дільника R27R28.

Експериментальна перевірка показала, що навіть без балансування ОУ і без конденсатора в "заземленої" гілки дільника ООС постійна складова на виході підсилювачів невелика і практично не знижує перевантажувальної здатності. У разі потреби на вході і виході попереднього розв'язують підсилювачів слід включити розділові конденсатори (на схемі вони зображені штриховими лініями).

Деталі пристрою (за винятком тих, які входять до складу регулятора тембру) розміщені на друкованій платі (на мал. 4 вона дана для стереофонічного варіанти) з фольгованого склотекстоліти. Елементи регулятора тембру змонтовані на висновках здвоєних змінних резисторів R20 і R25 і з'єднані з нею екранованими проводами. Плата розрахована на установку постійних резисторів МЛТ-0, 25 (R7, R8, R16, R17 можуть бути типу МОН-0, 5), підлаштування резисторів СП4-1в (R4), конденсаторів К53-1а, КБЗ-18 (СЗ, С4), КМ-66 (С1, С2, С5-С8) і МБМ (С9-С11). Змінні резистори R20, R25 – здвоєні будь-якого типу групи Б.

Крім зазначених на схемі, в підсилювачах можна використовувати транзистори КТ3107І, КТ313Б, КТ361В, КТ361К (VT1, VT4, VT5, VT8) і КТ312В, КТ315В (решта). У розв'язуємо підсилювачі допустимо застосування ОУ К140УД8Б, К140УД8В, а також К544УД2. Реле К1 – РЕЗ-60 (паспорт РС4.569.436) чи будь-яке інше з відповідними технічними характеристиками, однак в останньому випадку доведеться змінити малюнок друкованої плати. Діод VDI – будь-якого типу з зворотним напругою понад 50 В. Для з'єднання плати з трактом використані стандартні роз'єми МРН14-1 (номери їх контактів, до яких підведені відповідні ланцюги підсилювачів, вказані на принциповій схемі).

Правильно змонтоване пристрій у налагодженні практично не потребує. Необхідно тільки встановити коефіцієнт передачі попереднього підсилювача з підключеним регулятором тембру і без нього. У першому випадку це роблять підлаштування резистором R4, у другому – підбором резистора R27.

Рис. 4

Для живлення необхідний Двуполярность джерело напругою ± 15 В. Споживаний від нього струм залежить від застосованих ОУ і в більшості випадків не перевищує 25 … 30 мА на обидва канали. Незважаючи на те, що коефіцієнт придушення перешкод по ланцюгам живлення у описаного підсилювача досить високий, бажано все-таки, щоб пульсації живлячих напруг не перевищували 10 мВ, бо інакше при невдалому монтажі можлива поява помітного фону. Слід також врахувати, що для нормальної роботи регулятора тембру опір навантаження має

бути не менше 50 кОм. При використанні пристрою з підсилювачем потужності, описаним в [Л], ця вимога виконується.

Пасивний регулятор гучності (здвоєний змінний резистор групи В опором 100 кОм) включений між виходом пристрою та входом підсилювача потужності. Для регулювання стереобаланса застосований ще один здвоєний змінний резистор (100 кОм, група А), включений реостатом (його движок в кожному каналі приєднаний до механізму регулятора гучності, а один із висновків – до входу підсилювача потужності).

м. Москва

Ю. СОНЦЕМ

ЛІТЕРАТУРА

Солнцев Ю. Високоякісний підсилювач потужності .- Радіо, 1984, № 5, с. 29-34

РАДІО № 4, 1985 р. с.32-35.