Как известно, номинальное выходное напряжение современных источников сигнала звуковой частоты (3Ч) не превышает 0,5 В, в то время как номинальное входное напряжение большинства усилителей мощности 3Ч (УМЗЧ) составляет обычно 0,7...1 В. Для повышения напряжения сигнала до уровня, обеспечивающего нормальную работу УМЗЧ, а также для согласования выходных сопротивлений источников сигнала с его входным сопротивлением служат предварительные усилители 3Ч. Как правило, именно в этой части звуковоспроизводящего тракта осуществляются регулировки громкости, тембра и стереобаланса.
Основные требования к предварительным усилителям - малые нелинейные искажения сигнала (коэффициент гармоник - не более нескольких сотых долей процента) и небольшой относительный уровень шумов и помех (не выше -66...-70 дБ), а также достаточная перегрузочная способность.
Всем этим требованиям в значительной мере отвечает предварительный усилитель москвича В. Орлова (за основу он взял схему усилителя AU-X1 японской фирмы "Sansui"). Номинальные входное "и выходное напряжения усилителя соответственно 0,25 и 1 В, коэффициент гармоник в диапазоне частот 20Гц при номинальном выходном напряжении не превышает 0,05 %, а отношение сигнал/шум 66 дБ. Входное сопротивление усиликОм, пределы регулирования тембра (на частотах 100 и 10000 Гц) от -10 до +6 дБ. Устройство предназначено для работы с УМЗЧ, входное сопротивление которого не менее 5 кОм.
Усилитель (на рис. 1)
изображена принципиальная схема одного из его каналов) состоит из истокового повторителя на транзисторе VT1, так называемого мостового пассивного регулятора тембра (элементы R6-R11.1, С2-С8) и трехкаскадного симметричного усилителя напряжения сигнала. Регулятор громкости - переменный резистор R1.1 - включен на входе усилителя, что уменьшает вероятность его перегрузки. Тембр в области низших частот звукового диапазона регулируют переменным резистором R7.1, в области высших частот-переменным резистором R11.1 (резисторы R7.2 и R11.2 использованы в другом
канале усилителя). Коэффициент передачи симметричного усилителя определяется отношением сопротивлений резисторов R18, R17 и при указанных на схеме номиналах равен примерно 16. Режим работы транзисторов оконечного каскада (VT6, VT7) задан падением напряжения, создаваемым коллекторными токами транзисторов VT4, VT5 на включенных в прямом направлении диодах VD1 - VD3. Подстроечный резистор R15 служит для балансировки усилителя. Питать усилитель можно как от источника, питающего УМЗЧ, так и от любого нестабилизированного выпрямителя с выходными напряжениями +18...22 и -18...22 В.
Возможный вариант печатной платы одного канала устройства изображен на рис. 2. Изготовлена она из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и рассчитана на установку резисторов МЛТ и СП4-1 (R15), конденсаторов МБМ (С1, С4, С8, С11), БМ-2 (СЗ, С5-С7) и К50-6, К50-16 (остальные). Конденсаторы МБМ и БМ-2 смонтированы на плате вертикально (один из их выводов наращивают до требуемой по месту длины луженым проводом диаметром 0,5... 0,6 мм). Сдвоенный переменный резистор R1 любого типа группы В, резисторы R7 и R11 - группы Б. Транзисторы КП303Д можно заменить на КП303Г, КП303Е, транзистор КП103М-на КП103Л, транзисторы КТ315В и КТ361В-транзисторами этих серий с индексом Г. Полевые транзисторы необходимо подобрать по начальному току стока, который при напряжении Uси=8 В не должен выходить за пределы 5,5...6,5 мА. Диоды Д104 вполне заменимы диодами серий Д220, Д223 и т. п.
Регулировка сводится к установке подстроечным резистором R15 нулевого напряжения на выходе и подбору резистора R18 до получения при входном напряжении 250 мВ частотой 1000 Гц выходного напряжения, равного 1 В (движки резисторов R7, R11 - в среднем, а резистора R1 - в верхнем по схеме положении).
Существенный недостаток описанного, да и многих других подобных устройств на транзисторах - сравнительно большое число элементов и, как следствие этого, довольно большие габариты монтажной платы. Значительно более компактными получаются предварительные усилители на основе операционных усилителей (ОУ). Примером может служить устройство, разработанное москвичом Ю. Солнцевым на базе ОУ общего применения К574УД1А (рис. 3).
Проведенные им исследования показали, что коэффициент гармоник этого ОУ сильно зависит от нагрузки:
вполне приемлемый при ее сопротивлении более 100 кОм, он возрастает до 0,1 % при уменьшении сопротивления нагрузки до 10 кОм. Для получения достаточно малых нелинейных искажений автор добавил к указанному ОУ так называемый параллельный усилитель, отличающийся практическим отсутствием искажений типа "ступенька" даже без отрицательной обратной связи (ООС). С ООС же коэффициент гармоник не превышает 0,03 % во всем звуковом диапазоне частот при сопротивлении нагрузки более 500 Ом.
Остальные параметры предварительного усилителя следующие: номинальные входное и выходное напряжения 250 мВ, отношение сигнал / шум не менее 80 дБ, перегрузочная способность 15дБ.
Как видно из схемы, устройство состоит из линейного усилителя с горизонтальной АЧХ на ОУ DA1 и транзисторах VT1 - VT4 ("параллельный" усилитель) и пассивного мостового регулятора тембра (элементы R12 - R14, R17 - R19, С6 - С9). Этот регулятор при необходимости можно исключить из тракта с помощью реле К1 (сигнал в этом случае снимают с делителя напряжения R10R11). Коэффициент передачи усилителя определяется отношением сопротивления резистора R3 к суммарному сопротивлению резисторов R2, R4. Мостовой регулятор особенностей не имеет. На низших частотах тембр регулируют переменным резистором R18.1, на высших - резистором R13.1. Резисторы R12, R14 предотвращают монотонный подъем и спад АЧХ за пределами номинального диапазона частот усилителя. Для нормальной работы регулятора тембра сопротивление нагрузки должно быть не менее 50 кОм.
При работе с источником сигнала, выходное напряжение которого содержит постоянную составляющую, на входе усилителя необходимо включить разделительный конденсатор (на схеме изображен штриховыми линиями).
Все детали усилителя, за исключением элементов регулятора тембра, монтируют на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Плата рассчитана на монтаж резисторов МЛТ, СП4-1 (R4), конденсаторов К53-1а, К53-18 (С1, С4), КМ-6б (С2, С3, С5, С6) и МБМ (остальные). Сдвоенные переменные резисторы R13 и R18 - любого типа группы Б. Элементы регулятора тембра монтируют непосредственно на их выводах и соединяют с платой экранированными проводами.
Вместо указанных на схеме в усилителе можно применить транзисторы КТ3107И, КТ313Б, КТ361К (VT1, VT4) и КТ312В, КТ315В (VT2, VT3). Реле К1 - марки РЭС60 (паспорт РС4.569.436) или любое другое с подходящими габаритами и током и напряжением срабатывания. Диод VD1 - любой с допустимым обратным напряжением не менее 50 В. Для соединения с усилительным трактом применен разъемный соединитель МРН14-1 (на плате устанавливают его вилку).
Для питания усилителя необходим двуполярный источник питания, способный отдать в нагрузку ток около 30 мА при напряжении пульсации не более 10 мВ (иначе при неудачном монтаже возможно появление заметного фона).
Регулировка усилителя сводится к установке требуемого коэффициента передачи с подключенным регулятором тембра и без него. В первом случае нужного результата добиваются изменением сопротивления подстроечного резистора R4 (а если нужно, то и подбором резистора R2), во втором-подбором резистора R11.
Усилитель рассчитан на работу с УМЗЧ, описанным в статье Ю. Солнцева "Высококачественный усилитель мощности" ("Радио", 1984, № 5, с. 29-34). Регулятор громкости (сдвоенный переменный резистор группы В сопротивлением 100 кОм) включают в этом случае между его входом и выходом предварительного усилителя. Такой же резистор, но группы А, используют в качестве регулятора стереобаланса (один из его крайних выводов и вывод движка в каждом канале подсоединяют к движку регулятора громкости, а другой крайний вывод - к входу УМЗЧ).
В последние годы промышленность освоила выпуск интегральных микросхем (ИС КМ551УД, КМ551УД2), специально предназначенных для работы во входных каскадах трактов звуковой частоты бытовой радиоаппаратуры (предусилителях-корректорах электропроигрывателей, усилителях записи и воспроизведения магнитофонов, микрофонных усилителях и т. п. устройствах). Их отличают пониженный уровень собственных шумов, малый коэффициент гармоник, хорошая перегрузочная способность.
На рис. 5
приведена схема предварительного усилителя на ИС КМ551УД2 (предложена москвичом А. Шадровым). Эта ИС представляет собой сдвоенный ОУ с напряжением питания от ±5 до ±16,5 В. ИС с индексом А отличается от прибора с индексом Б вдвое меньшим (4 В) входным синфазным напряжением и нормируемым приведенным к входу напряжением шумов (не более 1 мкВ при сопротивлении источника сигнала 600 Ом;
у КМ551УД2Б оно не нормируется).
Номинальные входное и выходное напряжения этого усилителя такие же, что и у устройства по схеме на рис. 1, коэффициент гармоник в диапазоне частот 20..Гц не более 0,02 %, отношение сигнал / шум (невзвешенное) 90 дБ, Диапазон регулирования громкости и тембра (на частотах 60 и 16000 Гц) соответственно 60 и ±10 дБ, переходное затухание между каналами в диапазоне частот 100..Гц не менее 50 дБ. Входное и выходное сопротивления угилителя соответственно 220 и 3 кОм.
Мостовой регулятор тембра включен в данном случае в цепь ООС, охватывающей ОУ DA1.1 (здесь и далее в скобках указаны номера выводов второго ОУ микросхемы). На входе включен тонкомпенсированный регулятор громкости на переменном резисторе R2.1 с отводом от токопроводящего элемента. Тонкомпенсацию (подъем составляющих низших частот на малых уровнях громкости) можно отключить выключателем SA1.1. Устойчивую работу ИС КМ551УД2 (ее АЧХ имеет три перегиба) обеспечивают конденсатор С7 и цепь R5C5, номиналы которых выбраны для коэффициента передачи Ки=10 (скорость нарастания выходного напряжения при таком усилении достигает 3...4 В/мкс). Конденсаторы С12, С13 предотвращают взаимосвязь усилителя с другими устройствами тракта при питании от общего источника. Переменным резистором R12.1 (в другом канале R12.2) регулируют стереобаланс.
Все детали усилителя, кроме переменных резисторов R2, R7, R11 и выключателя SA1, монтируют на печатной плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита. Рассчитана она на установку резисторов МЛТ, конденсаторов МБМ (С1, С10), БМ-2 (СЗ-С5, С11), KM (C6, С7, С12, С13) и К50-6, К50-16 (остальные). Конденсаторы МБМ и БМ-2 монтируют вертикально. Для регулирования громкости и стереобаланса подойдут любые сдвоенные переменные резисторы группы А, для регулирования тембра - резисторы группы Б. Налаживания усилитель не требует.
АЧХ мостовых регуляторов тембра имеют, как известно, фиксированные частоты перегиба, поэтому плавно регулируется, в сущности, только крутизна участков АЧХ левее и правее этих частот, причем ее максимальное значение не превышает 5...6 дБ на октаву. Для получения требуемых пределов регулирования тембра на высших и низших частотах звукового диапазона частоты перегиба приходится выбирать в области средних частот. Такой регулятор малоэффективен в том случае, если необходимо подавить низко - или высокочастотные помехи в спектре сигнала. Например, при частоте перегиба 2 кГц регулятором тембра можно понизить уровень помехи частотой 16 кГц на 15-дБ, только ослабив одновременно составляющие спектра 8 и 4 кГц соответственно на 10 и 5 дБ. Ясно, что в подобном случае это не выход из положения, поэтому для подавления помех на краях спектра иногда используют отключаемые фильтры нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот с большой крутизной спада АЧХ за пределами полосы прозрачности. Однако и в этом случае нужный результат достигается далеко не всегда, так как эти фильтры обычно имеют фиксированные частоты среза. Иное дело, если фильтры сделать перестраиваемыми по частоте. Тогда, плавно смещая грааницы диапазона пропускаемых частот в нужную сторону, можно будет "вывести" помеху за его пределы, не влияя при этом на форму АЧХ внутри диапазона. Кстати, такие фильтры целесообразно сделать неотключаемыми: они помогут бороться с инфранизкочастотными помехами от механизма недостаточно совершенного электропроигрывающего устройства.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ СТЕРЕОУСИЛИТЕЛЬ
Е. Девятов
В последнее время радиолюбители все большее внимание уделяют высококачественным усилителям мощности звуковой частоты. Однако на качество звуковоспроизводящего тракта оказывает большое влияние и предварительный усилитель, который должен обладать малым коэффициентом гармоник, низким уровнем собственных шумов, высокой перегрузочной способностью, а также хорошим согласованием с различными источниками сигнала звуковой частоты. Предлагаемый предварительный стереоусилитель в значительной степени отвечает этим требованиям. Он предназначен для совместной работы с любым усилителем мощности чувствительностью 0,5...1 В и входным сопротивлением не менее 1 кОм. Особенностью усилителя является отсутствие щелчков при включении и выключении всех кнопок управления.
Входной сигнал поступает на переменный резистор R1, являющийся регулятором баланса, а с его движка-на затвор полевого транзистора VT1, включенного истоковым повторителем. Истоковый повторитель обеспечивает высокое входное сопротивление усилителя и нормальную работу тонкомпенсированного регулятора громкости. С истока транзистора VT1 сигнал поступает на переменный резистор R6, выполняющий функцию регулятора громкости, ас его движка-на вход усилителя напряжения, выполненного на транзисторах VT2 и VT3 разной структуры. Коэффициент усиления этого каскада 22 дБ.
С коллектора транзистора VT3 сигнал подается на регуляторы тембра, а затем еще на один усилитель напряжения на транзисторах VT4 и VT5, компенсирующий ослабление сигнала на узле регулировки тембра звука. Тембр звука по низшим частотам регулируют переменным резистором R22, по высшим - резистором R27.
Кнопкой SB1 включают тонкомпенсацию, выполненную на резисторе R6 без отвода. Кнопкой SB2 переключают канал усилителя на режим "Моно". Кнопкой SB3 включают ФНЧ с частотой среза 10 кГц, кнопкой SB5- ФВЧ с частотой среза 60 Гц. Крутизна спада АЧХ фильтров 6 дБ/октаву. Кнопкой SB4 отключают регуляторы тембра для получения линейной АЧХ. Оба канала предусилителя питаются от стабилизированного источника постоянного тока напряжением 20 В. Максимальный потребляемый ток 50 мА.
Конструкция и детали. Усилитель собран на печатной плате размерами 135х50 мм (рис. 2) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Все постоянные резисторы МЛТ-0,25, переменные-сдвоенные СПЗ-ЗОг. Резисторы R6, R22 и R27 должны быть группы В, a R1 - группы А. Подстроечный резистор R34-СП-5. Конденсаторы - К50-6 и КМ. Кнопочные переключатели П2К.
Транзистор КП303Г можно заменить на любой из этой же серии. Вместо КТ3102Д можно применить транзисторы этой же серии с буквенными индексами А, Б, В, КТ315 (Б, Г) или КТ342 (А, Б), вместо транзисторов КТ3107Д-КД3107 (Б, Г, Е, Ж), КТ361 (Б, Г) или КТ502(Б, Г).
Налаживание усилителя начинают с проверки отсутствия ошибок в монтаже. Затем включают питание и подбором резистора R3 устанавливают на истоке транзистора VT1 напряжение 8...9 В. Далее на вход подают от генератора сигнал частотой 1000 Гц напряжением 250 мВ, а к выходу подключают осциллограф и высокоомный вольтметр. Движки регуляторов громкости и тембра устанавливают в верхнее по схеме положение, а регулятора баланса - в среднее. Подстроечным резистором R34 устанавливают на выходе усилителя напряжение 1 В и увеличивают напряжение генератора до тех пор, пока не наступит двухстороннее ограничение сигнала. Симметричности ограничения сигнала на выходе усилителя добиваются подбором резистора R12. При необходимости более точно подбирают и резистор R29.
Коэффициент гармоник, указанный в основных технических характеристиках описанного предусилителя, измерялся автоматическим измерителем нелинейных искажений С6-7, а в качестве источника входного сигнала использовался генератор ГЗ-112-1.
набор NK022
Любой высококачественный усилитель должен иметь не только возможность регулировки усиления входного сигнала, но и обеспечивать коррекцию амплитудно-частотной характеристики для каждого канала, как минимум, в двух частотных областях: верхней и нижней. С такой задачей успешно справляются электронные устройства, называемые темброблоками.
Схемотехнические варианты построения темброблоков базируются на применении RC-цепочек. При их включении в цепь прохождения аудиосигнала получается эффект фильтрации отдельно взятой частотной области в полосе частот 20…20000 Гц. Это происходит потому, что емкость RC-цепочек зависит от частоты. На RC-цепочках строят фильтры высоких и низких частот, а также широко применяемые в графических эквалайзерах полосовые фильтры.
Некоторые фильтры позволяют изменять амплитудно-частотную характеристику усилителя довольно эффективно. Они способны в процессе корректировки вносить не только затухания, но также и усиливать сигнал. Такие фильтры называют активными, поскольку RC-цепочки включаются в цепи обратной связи активных радиоэлементов, например, транзисторов или операционных усилителей. К их недостаткам можно отнести искажения входного сигнала вызванные нелинейностью характеристик активных радиоэлементов.
Другой класс фильтров - это пассивные фильтры. Состоят они только из конденсаторов и резисторов. Но пассивные фильтры имеют довольно низкий коэффициент передачи. Например, на средних частотах (800… 1200 Гц) они понижают уровень сигнала в 10… 12 раз! Поэтому при их применении необходимо использовать дополнительные каскады усиления сигнала. Кроме того, пределы регулирования низких и высоких частот темброблоком, построенном на пассивных фильтрах, тем шире, чем меньше выходное сопротивление источника сигнала и больше входное сопротивление последующего каскада. Однако в сравнении с активными фильтрами нелинейные искажения пассивных фильтров минимальны.
Темброблок NK022 построен с использованием пассивных фильтров низкой (НЧ) и высокой (ВЧ) частоты. Он предназначен для использования в высококачественных стереофонических усилителях мощности низкой частоты. Темброблок позволяет корректировать ам- плитудно-частотную характеристику усилителя одновременно по двум каналам в соответствии с индивидуальными желаниями слушателя, характеристиками акустических систем и особенностей помещения, а также раздельно регулировать тембры ВЧ, НЧ и громкость каждого из двух каналов. Напряжение питания устройства 9… 18 В.
Описание электрической схемы темброблока
Внешний вид платы темброблока с установленными на ней элементами и электрическая схема темброблока показаны на Рис. 1 и Рис. 2.
Рис. 1. Внешний вид темброблока
Устройство имеет два отдельных канала корректировки амплитуд- но-частотной характеристики. Рассмотрим работу блока на примере верхнего канала. Входной сигнал поступает на усилитель, выполненный на транзисторе VT1. Усиление необходимо, поскольку пассивные фильтры, как уже говорилось выше, значительно ослабляют входной сигнал. Усиленный сигнал подается на фильтры для регулировки по НЧ (Р1) и по ВЧ (Р2).
Известно, что емкость для переменного тока низкой частоты представляет собой довольно высокое реактивное сопротивление, а для токов высокой частоты - низкое. Поэтому, емкостная цепочка С5-С6 «закорачивает» ВЧ-составляющую входного сигнала на общий провод, а в общей точке соединения резисторов R7 и Р1 присутствует только НЧ-составляющая. В точке соединения резисторов Р1 и R8 НЧ-со-
Рис. 2. Электрическая схема стереофонического темброблока
ставляклцая значительно ослаблена этим резистивным делителем. Значит, перемещение ползунка переменного резистора Р1 от верхнего по схеме положения до нижнего приведет к плавному уменьшению спектра НЧ-составляющей на выходе темброблока.
Похожая ситуация имеет место на перестраиваемом ВЧ-фильтре. В точке соединения С9 и Р2 будет максимум ВЧ-составляющей, а в точке соединения Р2 и СЮ - минимум. Перемешая ползунок резистора Р2 сверху вниз, получим плавное уменьшение уровня ВЧ-составля- ющей в спектре выходного сигнала.
Переменный резистор Р4 образует регулируемый делитель напряжения относительно общего провода схемы, то есть изменяет выходное напряжение темброблока. Предназначен он для частотнонезависимого изменения громкости звучания одного из каналов усилителя мощности.
Аналогично первому каналу работет второй канал темброблока.
Сборка темброблока
Перед сборкой стереофонического темброблока внимательно ознакомьтесь с приведенными в начале этой книги рекомендациями по монтажу электронных схем. Это поможет избежать порчи печатной платы и отдельных элементов схемы. Перечень элементов набора приведен в Табл. 1.
Места расположения элементов на плате темброблока и плата с установленными элементами показаны на Рис. 3. На Рис. За показаны также линии подключения собранного устройства.
Рис. 3. Расположение элементов на печатной плате темброблока: а - места расположения элементов на плате; б - плата с установленными элементами
Отформуйте выводы элементов, установите элементы на плату и припаяйте их выводы; при этом установите сначала малогабаритные, затем все остальные элементы. После сборки проверьте правильность монтажа, особенно внимательно проверьте правильность установки электролитических конденсаторов. Правильно собранный темброблок в настройке не нуждается.
Таблица 1. Перечень элементов набора NK022
| Позиция | Характеристика | Наименование и/или примечание | Кол-во |
| R1,R2, R5, R6. R7, RIO, Rll, R12 | 10 кОм | Коричневый, черный, оранжевый* | 8 |
| R3.R4 | 100 кОм | Коричневый, черный, желтый* | 2 |
| R8.R9 | 1 кОм | Коричневый, черный, красный* | 2 |
| Р1…Р4 | 50 кОм | Резистор переменный, сдвоенный | 4 |
| С1…С4 | 2.2 мкФ, 50 В | 4 | |
| С5, С8 | 0.022 мкФ | Конденсатор, 223 – маркировка | 2 |
| С6, С7 | 0.33 мкФ | Конденсатор, 334 – маркировка | 2 |
| С9, С12 | 1000 пФ | Конденсатор, 1п0 – маркировка | 2 |
| СЮ, СИ | 0.01 мкФ | Конденсатор, 10п – маркировка | 2 |
| С13 | 47 мкФ, 25 В | Конденсатор электролитический | 1 |
| VT1, VT2 | ВС238С | Транзистор (замена SC238e или EXDC38) | 2 |
| В110 | 115×38 мм | Плата печатная | 1 |
| * Цветовая маркировка на резисторах. | |||
Если вы, уважаемый читатель, намерены собрать усилитель мощности для домашнего аудиоцентра, все необходимое для этого вы найдете в каталоге МАСТЕР КИТ, приведенном в приложении к настоящей книге. Это и стабилизированный источник питания, и усилитель мощности, и даже подходящий корпус. Собрать высококачественный усилитель низкой частоты - вполне реальная задача!
Набор для стереофонического темброблока, а также и другие наборы, которые могут понадобиться при сборке усилителя, можно приобрести в магазинах радиодеталей или на радиорынках.
Во многих современных аудиосистемах, будь то музыкальный центр, домашний кинотеатр или даже портативная колонка для телефона имеется эквалайзер, или, иначе говоря, темброблок. С его помощью можно регулировать АЧХ сигнала, т.е. менять количество высоких или низких частот в сигнале. Темброблоки существуют активные, построенные, в чаще всего, на микросхемах. Они требуют наличия питания, зато не ослабляют уровень сигнала. Другая разновидность темброблоков – пассивные, они слегка ослабляют общий уровень сигнала, зато не требуют питания и не вносят никаких дополнительных искажений в сигнал. Именно поэтому в высококачественной звуковой аппаратуре используются, чаще всего, именно пассивные темброблоки. В этой статье рассмотрим, как сделать простой 2-х полосный темброблок. Его можно совместить с самодельным усилителем, либо же использовать как отдельное устройство.
Схема темброблока
Схема содержит только пассивные элементы (конденсаторы, резисторы). Два переменных резистора служат для регулировки уровня высоких и низких частот. Конденсаторы желательно применить плёночные, однако, если таких под рукой нет, подойдут и керамические. На каждый канал нужно собрать по одной такой схеме, а для того, чтобы регулировка была одинаковой в обоих каналах – использовать сдвоенные переменные резисторы. Печатная плата, выложенная в этой статье, уже содержит эту схему в двойном экземпляре, т.е. имеет вход и под левый, и под правый канал.
Скачать плату:
(cкачиваний: 635)
Изготовление темброблока
В схеме не содержится активных компонентов, поэтому её легко можно спаять навесным монтажом прямо на выводах переменных резисторов. Если есть желание – можно спаять схему на печатной плате, как я и сделал. Несколько фотографий процесса:
После сборки можно проверять работу схемы. На вход подаётся сигнал, например, с плеера, компьютера или телефона, выход схемы подключается ко входу усилителя. Вращая переменные резисторы можно регулировать уровень низких и высоких частот в сигнале. Не удивляйтесь, если в крайних положениях звук будет «не очень» - сигнал с полностью ослабленными низкими частотами, или, наоборот, завышенными, вряд ли будет приятен на слух. С помощью темброблока можно скомпенсировать неравномерность АЧХ усилителя или колонок, подобрать звучание под свой вкус.
Изготовление корпуса
Готовую схему темброблока обязательно нужно поместить в экранированный корпус, иначе не избежать фона. В качестве корпуса можно использовать обычную консервную банку. Переменные резисторы вывести наружу и надеть на них ручки. По краям банки обязательно установить разъёмы jack 3.5 для входа и выхода звука.В этой статье вниманию читателей предлагается ряд различных по схемотехнике и функциональным возможностям регуляторов тембра, которые могут быть использованы радиолюбителями при разработке и модернизации звуковоспроизводящей аппаратуры.
Основной недостаток еще недавно популярных активных регуляторов тембра состоит в использовании глубокой частотно-зависимой ООС и больших дополнительных искажениях, вносимых ими в регулируемый сигнал. Вот почему в высококачественной аппаратуре желательно применять пассивные регуляторы. Правда, и они не лишены недостатков. Самый крупный из них - значительное затухание сигнала, соответствующее диапазону регулирования. Но так как глубина регулирования тембра в современной звуковоспроизводящей аппаратуре невелика (не более 8...10 дБ), то в большинстве случаев вводить в тракт сигнала дополнительные каскады усиления не требуется.
Другой, не столь существенный недостаток таких регуляторов - необходимость применения переменных резисторов с экспоненциальной зависимостью сопротивления от угла поворота движка (группа "В"), обеспечивающих плавное регулирование. Однако простота конструкции и высокие качественные показатели все же склоняют конструкторов к применению именно пассивных регуляторов тембра.
Следует отметить, что эти регуляторы требуют низкого выходного сопротивления предшествующего им каскада и высокого входного сопротивления последующего.
Разработанный английским инженером Баксандалом еще в 1952 г. регулятор тембра стал, пожалуй, самым распространенным частотным корректором в электроакустике. Классический его вариант состоит из образующих мост двух звеньев фильтра первого порядка - низкочастотного R1C1R3C2R2 и высокочастотного C3R5C4R6R7 (рис. 1,а). Аппроксимированные логарифмические ампли-тудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора показаны на рис. 1 ,б. Там же приведены расчетные зависимости для определения постоянных времени точек перегиба ЛАЧХ.
Теоретически максимально достижимая крутизна АЧХ для звеньев первого порядка составляет 6 дБ на октаву, но при практически реализуемых характеристиках из-за незначительного различия частот перегиба (не более декады) и влияния предшествующих и последующих каскадов она не превышает 4...5 дБ на октаву. При регулировании тембра фильтр Баксандала меняет только наклон АЧХ без изменения частот перегиба. Вносимое регулятором на средних частотах затухание определяется соотношением n=R1/R3. Диапазон регулирования АЧХ при этом зависит не только от величины затухания п, но и от выбора частот перегиба частотной характеристики, поэтому для его увеличения частоты перегиба устанавливают в области средних частот, что, в свою очередь, чревато взаимным влиянием регулировок.
В традиционном варианте рассматриваемого регулятора R1/R3=C2/C1= =C4/C3=R5/R6=n, R2=R7=n-R1. При этом достигается приблизительное совпадение частот перегиба АЧХ в области ее подъема и спада (в общем случае они различны), что обеспечивает относительно симметричное регулирование АЧХ (спад даже в этом случае неизбежно получается более крутым и протяженным). При обычно используемом п=10 (для этого случая указаны минимальные значения номиналов элементов на рис. 1,а-3,а) и выборе частот раздела вблизи 1 кГц регулирование тембра на частотах 100 Гц и 10 кГц относительно частоты 1 кГц составляет ±14...18дБ. Как отмечалось выше, для достижения плавного регулирования переменные резисторы R2, R7 должны иметь экспоненциальную характеристику регулирования (группа "В") и, кроме того, для получения линейной АЧХ в среднем положении движков регуляторов соотношение сопротивлений верхнего и нижнего (по схеме) участков переменных резисторов также должно быть равно п. При "хайэндовском" п=2...3, что соответствует диапазону регулирования ±4...8 дБ, вполне допустимо использовать переменные резисторы с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота движка (группа "А"), но при этом несколько огрубляется регулировка в области спада АЧХ и растягивается в области подъема, а плоская АЧХ получается отнюдь не в среднем положении движков регуляторов. С другой стороны, сопротивление секций сдвоенных переменных резисторов с линейной зависимостью лучше согласовано, что уменьшает рассогласование АЧХ каналов стереофонического усилителя, так что неравномерное регулирование в этом случае можно считать допустимым.
Наличие резистора R4 не принципиально, его назначение - снизить взаимное влияние звеньев и сблизить частоты перегиба АЧХ в области высших звуковых частот. Как правило, R4= =(0,3...1,2)"R1. Как показано ниже, от него в ряде случаев можно вообще отказаться. Для снижения влияния на регулятор предшествующих и последующих каскадов их выходное Rвых и входное Rвх сопротивления должны быть соответственно Rвых<>R2.
Приведенный "базовый"вариант регулятора применяется обычно в радиоаппаратуре высокого класса. В бытовой аппаратуре используют несколько упрощенный вариант (рис. 2,а). Аппроксимированные логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора приведены на рис. 2,6. Упрощение его высокочастотного звена привело к некоторой расплывчатости регулирования в области высших частот и к более заметному влиянию предшествующего и последующего каскадов на АЧХ в этой области.
Pиc.2
Подобный корректор при п=2 (с переменными резисторами группы "А") был особенно популярен в простых любительских усилителях конца 60-х - начала 70-х годов (главным образом, из-за малого затухания), но вскоре величина п возросла до привычных сегодня значении. Все сказанное выше относительно диапазона регулирования, согласования и выбора регуляторов справедливо и для упрощенного варианта корректора.
Если отказаться от требования симметричного регулирования АЧХ на участках их подъема и спада (кстати, необходимость спада практически не возникает), то можно еще более упростить схему (рис. 3,а). Приведенные на рис. З.б ЛАЧХ регулятора соответствуют крайним положениям движков резисторов R2, R4. Достоинство такого регулятора - простота, но поскольку все его характеристики взаимосвязаны, для удобства регулирования целесообразно выбирать п=3...10. С ростом п крутизна подъема растет, а спада - снижается. Все сказанное выше о традиционных вариантах корректора Баксандала в полной мере относится и к этому, предельно упрощенному варианту.
Pиc.3
Однако схема регулятора тембра Баксандала и ее варианты - отнюдь не единственная возможная реализация пассивного двухполосного регулятора тембра. Вторая группа регуляторов выполнена не на базе мостов, а на базе частотно-зависимого делителя напряжения. В качестве примера изящного схемотехнического решения регулятора можно привести темброблок, в свое время использовавшийся в различных вариациях в ламповых усилителях электрогитар. "Изюминкой" данного регулятора является изменение частот перегиба АЧХ в процессе регулирования тембра, что приводит к интересным эффектам в звучании "классической" электрогитары. Базовая его схема изображена на рис. 4,а, а аппроксимированные ЛАЧХ - на рис. 4,6. Там же приведены расчетные зависимости для определения постоянных времени точек перегиба.
Pиc.4
Нетрудно заметить, что регулировка в области низших звуковых частот изменяет частоты перегиба, не меняя наклон АЧХ. Когда движок переменного резистора R4 находится в нижнем (по схеме) положении, АЧХ на низших частотах линейна. При перемещении же движка вверх на ней появляется подъем, причем точка перегиба в процессе регулирования сдвигается в область более низких частот. При дальнейшем перемещении движка верхняя (по схеме) секция резистора R4 начинает шунтировать резистор R2, что вызывает сдвиг высокочастотной точки перегиба в область более высоких частот. Таким образом, при регулировании подъем низких частот дополняется спадом средних. Регулятор высших звуковых частот представляет собой простейший фильтр первого порядка и особенностей не имеет.
На базе этой схемы можно построить несколько вариантов темброблоков, позволяющих регулировать АЧХ в области низших и высших частот. Причем в области низших частот возможен и подъем, и спад АЧХ, а на высших - только подъем.
Вариант темброблока с регулированием частоты перегиба АЧХ в низкочастотной области показан на рис. 5,а, его ЛАЧХ - на рис. 5,6. Резистор R2 регулирует частоту перегиба АЧХ, a R5 - ее наклон. Совместное действие регуляторов позволяет получить значительные пределы и большую гибкость регулирования.
Pиc.5
Схема упрощенного варианта темброблока приведена на рис. 6,а, его ЛАЧХ - на рис. 6,6. Он представляет собой, в сущности, гибрид низкочастотного звена темброблока, показанного на рис. 3,а, и высокочастотного звена темброблока, показанного на рис.4,а.
Pиc.6
Объединив функции регулирования АЧХ в низкочастотной и высокочастотной областях, можно получить простой комбинированный регулятор тембра с одним органом управления, весьма удобный для применения в радиоприемной и автомобильной аппаратуре. Его принципиальная схема показана на рис. 7,а и ЛАЧХ - на рис. 7,6. В нижнем (по схеме) положении движка переменного резистора R1 АЧХ близка к линейной во всем диапазоне частот. При перемещении.его вверх появляется подъем на низших частотах, причем низкочастотная точка перегиба в процессе регулирования сдвигается в область более низших частот. При дальнейшем перемещении движка верхняя (по схеме) секция резистора R1 включает в работу конденсатор С1, что приводит к подъему высших частот.
Pиc.7
При замене переменного резистора R1 переключателем (рис. 8,а и 8,6) рассмотренный регулятор превращается в простейший тон-регистр (положение 1 - classic; 2 - jazz; 3 - rock), популярный в 50-х - 60-х годах и вновь используемый в эквалайзерах магнитол и музыкальных центров в 90-х.
Pиc.8
Несмотря на то что о регулировании тембра, казалось бы, все давно уже сказано, многообразие пассивных корректирующих цепей не исчерпывается предложенными вариантами. Немало забытых схемотехнических решений переживают сейчас второе рождение на новом качественном уровне. Весьма перспективен, например, регулятор громкости с раздельной регулировкой тонкомпенсации по низким и высоким частотам [З].
ЛИТЕРАТУРА
1. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике (пер. с нем.). - М.: Мир, 1991, с. 151-153.
2. Крылов Г. Широкополосный УНЧ. - Радио, 1973, N 9, c.56,57.
3. Шихатов А. Комбинированный блок регулирования АЧХ. - Радио, 1993, N 7, с. 16.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Вариант 1 | |||||||
| C1 | Конденсатор | 0.022 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C2 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C3 | Конденсатор | 0.015 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C4 | Конденсатор | 0.15 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| R1, R5 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R2, R7 | Переменный резистор | 47 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R3, R6 | Резистор | 470 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Вариант 2 | |||||||
| C1, C4 | Конденсатор | 0.022 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C2 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C3 | Конденсатор | 2200 пФ | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2, R5 | Переменный резистор | 47 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 470 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Вариант 3 | |||||||
| C1 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C2 | Конденсатор | 2200 пФ | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2, R4 | Переменный резистор | 47 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 470 Ом | 1 | В блокнот | |||
| Вариант 4 | |||||||
| C1 | Конденсатор | 0.01 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C2 | Конденсатор | 270 пФ | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 100 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2 | Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R3, R4 | Переменный резистор | 220 кОм | 2 | В блокнот | |||
| Вариант 5 | |||||||
| C1 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C2 | Конденсатор | 270 пФ | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 100 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2, R4, R5 | Переменный резистор | 220 кОм | 3 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Вариант 6 | |||||||
| C1 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | ||||
Для начала отрезаем нужный кусок текстолита, шкурим нулёвкой, обезжириваем ацетоном.
Аккуратно завернул, и начал безжалостно жарить краску, что бы она перенеслась с бумаги на текстолит.
После проглажки даем плате время остыть. Далее дело переносится в ванную комнату. Кладем плату в воду, дабы дать бумаге размякнуть. В это время можно попить чая или кофе - кто что предпочитает.
Красивое фото получилось, не правда ли? Поехали дальше, после того как мы подкрепились, можно перейти к самому, на мой взгляд, кропотливому делу – оттирание бумаги с текстолита. Аккуратно сдираем бумагу, дабы не оторвать её вместе с нашими дорожками.
Все что останется, без фанатизма, подушечками пальцев оттираем.
Затем переходим к немаловажному делу – травлению. Травлю обычно в хлорном железе, так как это быстрее, нежели травление в медном купоросе (первое время им травил, но был разочарован, т.к. ожидание доходило до 2-х суток). Аккуратно кладем плату в раствор, чтобы не разбрызгать.
Теперь можно сходить прогуляться, или заняться каким – либо другим делом. Прошел час, можно доставать нашу плату. Обычно травится быстрее, но текстолит нашел в магазине только 2-х сторонний, да и раствор не первой свежести. Достаем плату и видим наши дорожки.
Дорожки находятся сейчас под тонером, его нужно счистить. Многие это делают ацетоном, или другим растворителем. Я это делаю той же самой мелкой шкуркой.
Вот и все, этап приготовления платы для схемы темброблока пройден. Далее будет интереснее - сверлим отверстия для деталей.
Сверлить кроме как дрелью больше нечем, это крайне не удобно, тем более, что у нее патрон шатается. Так что сильно не ругайте за кривые отверстия:)
Производим пайку деталей темброблока. Начинаем это делать с сокета (разъема) для микросхемы TDA1524A.
Теперь паяем все перемычки и мелкие детали. Микросхему вставляем в последнюю очередь, так как во время пайки она может перегреться и выйти из строя, что очень печально.
Ну вот в принципе и все! Ниже смотрите фото моего темброблока.
После пайки проверяем отсутствие короткого замыкания, соплей между дорожками если ничего подобного не замечено, то можно смело включать. Видео демонстрации работы устройства:
Первый запуск всегда провожу с последовательным подключением автомобильной 12-ти вольтовой лампочки (для токоограничения в случае КЗ). Темброблок собрал - все прекрасно работает. Статью написал: Евгений (ZhekaN96).
