Высококачественный предварительный усилитель NATALY
Принципиальная схема, описание, печатная плата
Данный предварительный усилитель служит для тембровой коррекции и тонкомпенсации при регулировании громкости. Возможно использование для подключения наушников.
Для высококачественного тракта, имеющего в своём составе УМЗЧ с нелинейными и интермодуляционными искажениями порядка 0,001% становятся важны и остальные ступени, которые должны позволять полностью реализовать заложенный потенциал. В настоящее время известны много вариантов реализации высоких параметров, в том числе и на ОУ. Причиной разработки своего варианта предварительного усилителя стали следующие факторы:
При сборке предусилителя на ОУ порог его выходного напряжения, а следовательно - перегрузочная
способность – целиком определяются напряжением питания ОУ, и в случае питания от +\-15В не может быть
выше этого напряжения.
Результаты субъективных экспертиз предусилителей на ОУ в чистом виде (без выходных
повторителей) и с таковыми, например, на основе параллельного усилителя – показывают предпочтение слушателей
схеме ОУ+повторитель, при практически идентичных параметрах «с точки зрения Кг», это объясняется сужением
спектра искажений ОУ при работе на высокоомную нагрузку и работе его выходного каскада без захода в режим
АВ, дающий коммутационные искажения, практически ниже уровня чувствительности приборов (Кг ОУ ОРА134,
например – 0,00008%), но хорошо заметных при прослушивании. Именно поэтому, а также по ряду других причин
слушатели чётко выделяют предусилитель с выходным каскадом на транзисторах.
Известное схемное решение, содержащее интегральный повторитель на основе параллельного
усилителя BUF634 довольно дорогостояще (цена буфера не менее 500 руб), хотя внутренняя схема буфера может
быть легко реализована на дискрете – за гораздо более вменяемую сумму.
Усилители, в которых ОУ работает в малосигнальном режиме, показывают высокие характеристики,
но по результатам прослушиваний проигрывают. Кроме того, они очень критичны к настройке и требуют как
минимум, генератора меандра и широкополосного осциллографа. И всё это при явно худших субъективных результатах.
Недостаток выходного напряжения при схеме ПУ (ОУ + буфер) может быть устранён при реализации в буфере
усиления по напряжению, а глубокая местная ООС устраняет искажения. Достаточно высокий начальный ток покоя
в выходных транзисторах буфера гарантирует его работу без характерных для двухтактных структур в режиме
АВ искажений. Наличие всего двукратного усиления напряжения позволяет добиться повышения перегрузочной
способности на 6 дБ, а при трёхкратном – эта цифра становится равной 9 дБ. При работе буфера от источника
питания +\-30В размах его выходного напряжения получается 58 вольт от пика до пика. Если же буфер запитать
от +\-45В – то выходное напряжение от пика до пика может составить порядка 87В. Такой запас благоприятно
отразится при прослушивании виниловых дисков, имеющих характерные особенности в виде щелчков от пыли.
Двухкаскадная реализация предварительного усилителя связана с тем, что темброблок вносит ослабление в сигнал
до 10…12 дБ. Конечно, можно компенсировать это путём увеличения усиления второго каскада, но, как показывает
практика, на темброблок лучше подавать как можно большее напряжение – это увеличивает отношение сигнал\шум.
Кроме того, довольно часто встречаются диски, записанные с большим пик-фактором (громкие пики и довольно
низкая средняя громкость). Это не недостаток сведения, скорее, наоборот, потому как звукорежиссёры зачастую
злоупотребляют компрессором, пытаясь уместить в диапазон компакт-диска все ступени громкости звука. Но
нельзя делать вид, что таких записей не существует. Слушатель при этом добавляет громкость. Таким образом,
и второй каскад должен обладать не меньшей перегрузочной способностью, кроме того, он должен обладать
малым собственным шумом, высоким входным сопротивлением и способностью без искажений пропускать реальный
сигнал после темброблока, в котором крайние частоты звукового диапазона идут с наибольшим подъемом. Дополнительным
требованием является линейная АЧХ при отключении темброблока, ровная ПХ при тестировании меандром и субъективная
незаметность ПУ в тракте.
В качестве темброблока использован хорошо себя зарекомендовавший темброблок Матюшкина. Он имеет
4хступенчатую регулировку НЧ и плавную регулировку ВЧ, а его АЧХ хорошо соответствует слуховому восприятию,
во всяком случае, классический мостовой ТБ, (который тоже может быть применён), слушателями оценивается
ниже. Реле позволяет при необходимости отключить всякую частотную коррекцию в тракте, уровень выходного
сигнала настраивается подстроечным резистором по равенству усиления на частоте 1000 Гц в режиме с ТБ и при
обходе.
Регулятор баланса встроен в ООС второго каскада и особенностей не имеет.
Малое напряжение смещения у ОРА134 (в практике автора на выходе второго каскада не
более 1 мВ) позволяет исключить переходные конденсаторы в тракте, оставив лишь один – на входе ПУ, потому
как неизвестен уровень постоянного напряжения на выходе источника сигнала. И, хотя на выходе второго каскада
на схеме указаны конденсаторы 4,7мкФ+2200 пФ – при уровне смещения нуля около милливольта и менее – их можно
смело исключить, закоротив. Это положит конец спорам о влиянии конденсаторов в тракте на звук – наиболее
радикальным методом.
Расчётные характеристики:
Кг в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц - менее 0,001% (типовое значение порядка
0,0005%)
Номинальное входное напряжение, В 0,775
Перегрузочная способность в режиме обхода темброблока - не менее 20 дБ.
Минимальное сопротивление нагрузки, при котором гарантируется работа выходного каскада
в режиме А - при максимальном размахе выходного напряжения "от пика до пика" 58В 1,5 кОм.
При использовании предварительного усилителя только с проигрывателями СД допустимо снижение напряжения
питания буфера до +\-15В потому как диапазон выходного напряжения таких источников сигнала заведомо ограничен
сверху, на параметрах это не отразится.
Налаживание предварительного усилителя следует начинать с проверки режимов по постоянному току выходных транзисторов
буферов. По падению напряжения в цепях их эмиттеров устанавливают ток покоя – для первого каскада около
20 мА, для второго – 20..25 мА. При использовании небольших теплоотводов, которые при +\-30В становятся
обязательными – можно, ориентируясь по ситуации с температурой - ток покоя увеличить еще немного.
Подбор тока покоя лучше всего выполнять резисторами в эмиттерах первых двух транзисторов
буфера. При малом токе-увеличить сопротивления, при большом – уменьшить. Изменять нужно одинаково оба
резистора.
При установленном токе покоя далее ставим регуляторы ТБ в положение, соответствующее
максимально плоской АЧХ, и, подав на вход сигнал 1000 Гц с номинальным напряжением 0,775В – замеряем напряжение
на выходе второго буфера. Затем включаем режим обхода и подстроечным резистором добиваемся той же амплитуды,
что и с ТБ.
На завершающей стадии подключаем регулятор стереобаланса, проверяем на отсутствие
разных форм неустойчивости (автор с такой проблемой не столкнулся) и проводим прослушивание. Настройка
ТБ Матюшкина хорошо освещена в статье автора и здесь не рассматривается.
Для питания предусилителя рекомендуется стабилизированный источник питания, с независимыми
обмотками для ПУ и релейной коммутации. Технически требования к питанию ничего нового не представляют.
Основное – малый уровень СЧ и ВЧ шумов, с подавлением по питанию которых ситуация у ОУ известна. Про уровень
пульсаций - он не должен превышать 0,5 – 1мВ.
Полный комплект плат состоит из двух каналов ПУ, РТ Матюшкина (одна плата на оба канала) и блока питания. Печатные платы разработаны Владимиром Лепёхиным.
Двухсторонняя печатная плата Предварительного усилителя:
УВЕЛИЧИТЬ
Печатная плата для ТБ Матюшкина с релейным переключением:
УВЕЛИЧИТЬ
Схема стабильна.Пульсаций напряжения на выходе не заметно, измерения проводил на
осциллографе в режиме 0,01дел./вольт(у моего это минимальный предел).
УВЕЛИЧИТЬ
Результаты измерений:
На ОРА134 (только первое звено из двух), питание - одноступенчатое, +\-15В:
Кни(1 кГц).......................... -98дБ (около 0.0003%)
Ким(50Гц+7кГц).................менее -98дБ (около 0,0003%)
На ОРА132 (оба звена), полная версия, питание двухступенчатое:
Кни (1кГц).......................... -100дБ (около 0,00025%)
Ким (19кГц+20кГц)................... -96дБ (около 0,0003%)
В случае самовозбуждения каскадов на ВЧ следует параллельно резисторам R28, R88 и комплементарным им в другом канале запаять слюдяные корректирующие конденсаторы ёмкостью от 100 до 470пФ. Такое было обнаружено при использовании транзисторов ВС546\ВС556 + 2SA1837\2SC4793.
Во вложениях можно скачать все файлы схем и печатных плат в форматах SPlan 6.0 и SL 5.0 соответственно,
В усилителе нет привычного термотранзистора, как и в других УНЧ с ЭА от waso. Покрутить многооборотник, чтобы выставить ток покоя не получится, его просто нету. Настройка ЭА требует определенного уровня понимания «что и как делать» и даже при хорошей теоретической подготовке обязательное прочтение FAQ (см. внизу страницы) по настройке до просветления. Тогда значительно сократится число повторяющихся вопросов в теме.
Пока из ЭА-2012 делали ЭА-2014, добавляли — удаляли элементы из схемы, особо за порядковыми номерами не следили. Для наведения порядка -приведение к стандарту в маркировке схемы и устранение местами не соответствия порядковых номеров элементов на платах и схемы из первого поста, была открыта тема «ЭА-2014 Продолжение» .
Платы под эту схему сделаны:
Кроме обновления маркировки, для снижения возможности образования земельных петель при сборке УНЧ, внес изменения в разводку GND. GND1 около выходной клеммы соединяется с GND1 (входная земля) шлейфом из проводов.
Т.к. на плате защиты АС цепь Цобеля есть, то на плате УНЧ дублировать не стал. Обращаю внимание, что при настройке обязательно вешать навесом цепочку, например, как на картинке.
Немного о комплектации. Самая бюджетная пара транзисторов в выходном каскаде (далее ВК) производства TOSHIBA 2SA1943 / 2SC5200. Дороже обойдутся транзисторы фирм SANKEN или ONS (Motorola), но в компенсацию затрат их отмечают, как более музыкальные в сравнении с TOSHIBA. Дорогие, поэтому не так часто применяемые микросхемы LM318H / LM118H от фирм Thomson или NSC в металлическом корпусе, собравшие V2014ЭА ставят на первое место. Очень хорошие отзывы о м/с LT318AN (Linear), по структуре LT-шка — это та же самая LM-ка, но фирма Linear запомнилась (их скупила TI) высококачественной продукцией в частности для усилостроителей. Казалось бы, что м/с с одним название, но разных производителей должны работать одинаково или хотя бы близко, внутренняя структура одна. Но практика показала, что в V2014ЭА, да и других УНЧ, использовать LM318 от TI не рекомендуется, звук блеклый, а от UTC вообще не стоит, звук никакой и возбуд с трудом «лечится». Неплохо себя показали м/с LME49710NA NSC (TI) в пластмассовом корпусе и особенно LME49710HA в металлическом TO-99. Металлический корпус дороже, иногда в разах, но ранее собиравшие на «пластмассе», уверенные «ну-у, куда еще лучше по звуку, все, предел», отмечали «просто не ожидали такой прибавки прозрачности, воздушности, передачи нюансов» с м/с в металле. Пробовали LME49990MA, выпускается только в корпусе SO8, тут видимо кому и как везло от партии м/с. Кто-то писал «выставил режимы и наслаждаюсь», у других «зае… коррекцию подбирать». В общем м/с показала себя несколько «капризной», не с любым набором транзисторов в УН-е была готова работать.
По применению электролитов можно сказать одно, все по возможности «кармана». Для бюджетного варианта вполне подойдет Samwha
В коррекции используется высоковольтная керамика. У высоковольтной керамики толстые пластинки, что гарантирует избежать пьезоэффект. Рекомендую попробовать отечественную керамику К10-43А. Начнем перечислять достоинства: они состоят из двух чипов, один с положительным, другой с отрицательным ТКЕ (изменении емкости при изменении температуры), т.е. изменении емкости в одном чипе, компенсируется другим. Все К10-43А NP0 1% и ОС (особо стабильные), при этом корпус в пластике, т.е. вибростойкие. Еще хорошими параметрами обладают К10-47А, пикушечные конденсаторы все на напряжение 250 — 500В, т.е. пластинки керамики толстые, пьезоэффект исключается.
Некоторые технические моменты по сборке на примере применения микросхем LM318N и OPA134-х:
Обращаю внимание на два момента: 1. у LM318N коррекция C5, а у OPA134-х Rкор-C5. Поэтому на плате предусмотрено в зависимости от типа м/с ставить С или RC, в случаи, когда в коррекции только С, то R ставим перемычку 1206-0. См. картинку:
2. Это балансировка микросхемы, установка «0» на выходе УНЧ с помощью многооборотного подстроечника. На картинках видим, что LM318-я балансируется по ногам 1 и 5, средняя нога СП идет на плюс питания, а у OPA134-х по ногам 1 и 8, средняя так же на плюс питания. В зависимости от типа м/с, предусмотрено включение СП балансировки по выбору 1 и 5 или 1 и 8, для этого достаточно каплей олова закоротить нужные площадки. См. картинку:
Не думал, что возникнут заморочки с монтажом R66, R67. Рекомендуемые автором для установки номиналы в пределах 0R3 — 0R43. Для уменьшения габарита ПП использовал чип резисторы 2512 монтажом с нижней стороны. Обычно паяется 2512-1R по 3 шт. в параллель 1R/3= примерно 0R333. И тут вопрос-нежданчик «а почему четыре посадочных места под чипы 2512?». А если нет в наличии 2512-1R, закончились на планете Земля…, тогда берем в пределах 2512-1R2 — 2512-1R6 и паяем по четыре штуки в параллель. Теперь понятно)?
Монтажка верхнего слоя :
Монтажка нижнего слоя :
Архив схем, монтажек и сверловки. Бывают «конфликты» принтера и pdf-ки — это о файле в архиве «сверловка», не печатается 1:1. Контролируйте линейкой или приложите на распечатанный лист плату. Размер ПП 198,12 х 66,55 мм («кривые» размеры, т.к. сетка разводки дюймовая). ПП специально делалась узкой, минимальная ширина по крайним точкам установленных транзисторов ВК 85 мм — это позволяет разместить УНЧ в корпусах типа Амфитон (100 мм высотой).
Архив описания работы и настройки линейки УНЧ ЭА от waso .
Сборка на заказ
:
Если для кого-то отладка этого УНЧ сложна, а послушать очень хочется, то по вопросу сборки можете обратиться к Спиридонов
(Вячеслав).
Платы УНЧ V2014ЭА в сборе :
Плата блока питания для двойного моно, электролиты d=30мм:
Плата блока питания для желающих нарастить емкость в фильтре при раздельном питании УН-а и выходного каскада (ВК), электролиты d до 25мм:
При двухуровневом питании для желающих, чтобы VT27/28 были запитаны через фильтр, см. «порезать/соединить» на примере плюсового плеча, с минусовым те же манипуляции:
При одноуровневом питании соединить перемычкой (капнуть припой). Но, чтобы VT27/28 были запитаны через фильтр, см. рекомендации выше:
Во второй ревизии ПП V2014ЭА были исправлены неточности разводки, отпала необходимость резать дорожки. Как и планировалось ранее, питание УНЧ может быть одно или двухуровневое. При одноуровневом питании надо капнуть оловом на контактные площадки (см. стрелки), т.е. восстановить проводники в плечах +/-U питания, при двухуровневом этого делать не надо. В обоих вариантах питание УН-а идет строго через RC фильтр.
Предыстория проекта такая, примерно в 2008 года, тогда малоизвестный waso (Вадим Могильный) выложил на радиолюбительских форумах Веголаб и Паяльник на обсуждение свой проект — схему усилителя собственной разработки. Авторское название проекта было УНЧ Натали. Схема усилителя разрабатывалась за долго до выкладывания на форумах, еще в 1996-м году. Первые модели УНЧ Натали собирались на отечественных деталях, по причине, что в г. Новокузнецке в середине 90-х с импортом было туго. Даже на отечественной комплектации УНЧ звучал достаточно неплохо, шумы были еле различимы только в непосредственной близости от АС. Сейчас то конечно УНЧ Натали и вся последующая линейка модификаций переведены на импорт. Первые модели УНЧ прошли проверку в нещадном режиме на дискотеках и озвучке разных мероприятий.
В обсуждении проекта, в т.ч. высказывая критические замечания участвовало много форумчан. Но самую большую и непосредственную помощь автору в развитии проекта оказали tsf54 (Сергей) и Shurika (Вадим). Проведена огромная работа: на макетах делалась подгонка режимов, замеры, подбор элементной базы, потом прослушка, отбраковка … и все по новой.
Результатом такой работы стал УНЧ Натали ЭА. Режим работы выходного каскада — SuperA (экономичный А) при токе покоя от 80 до 120 мА.
Технические параметры УМЗЧ:
Номинальная выходная мощность, Вт (про_версия — четыре пары выходных транзисторов) — 300 Вт\ 4 Ом
Урезанная версия, Вт (домашняя_версия — две пары выходных транзисторов) — 150 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%)
Для домашней версии была разведена односторонняя ПП, для компактности монтажа диоды VD18, 19 крепятся со стороны пайки.
УНЧ Nataly ЭА монтаж на радиаторе
Монтаж выходного каскада в один ряд на радиатор не получил широкого распространения, но в макете был опробован:
Собрали УНЧ Натали ЭА домашнюю и про_версии не меньше сотни раз, но особенно хочется выделить из этого потока сборку dimon (Дмитрий г. СПб). В УНЧ все должно быть прекрасно: звук, детали, корпус… Попробуйте сделать подобный корпус дома.
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:
На фото: предусилитель «Натали» в корпусе спутникового ресивера
В статье речь пойдет о моём варианте сборки предварительного усилителя «Натали» с удачным решением проблемы корпуса.
Этот проект стал очередным долгостроем в моем списке и побил все сроки по выполнению. Дело в том, что мысль о сборке предусилителя появилась больше года назад, а вместе с мыслью в моем ящичке для деталей поселились почти все необходимые для этой схемы компоненты.
И, как это часто бывает, весь энтузиазм внезапно куда-то испарился, так что пришлось свернуть все начатое на неопределенное время. Хотя почему неопределенное… очень даже определенное – до наступления осенних холодов, когда все летние дела, которых было очень много в этом году, будут завершены и появится свободное время для паяния.
О схеме и деталях
Схему выбирал долго, очень долго! Путь к этому предварительному усилителю начинался с использования в качестве ПУ с регулятором тембра специализированных микросхем вроде LM1036 или TDA1524, но меня от этого греха благополучно отговорили местные форумчане. Далее была схема, взятая с какого-то иностранно сайта на трех ОУ типа TL072 с регулировкой ВЧ и НЧ. Даже вытравил ПП и собрал, и слушал некоторое время этот пред, но не легла душа к нему.
Потом обратил внимание на схему знаменитого предусилителя Солнцева, и уже во время поиска информации по ПУ Солнцева наткнулся на схему, напоминающую солнцевскую в связке с пассивным РТ Матюшкина. Это была . Это было как раз то, что мне надо!
Немного упростив схему предусилителя и, доработав ее под себя, получил вот такой результат. Переход на одноэтажное питание и удаление «лишних» деталей позволило несколько упростить разводку платы, сделать ее односторонней и главное немного уменьшить размеры ПП. В схеме ничего существенного не менял, что могло бы ухудшить качество звука, только убрал ненужные мне функции обхода регулятора тембра, баланса и блок тонкомпенсации.
В схему регулятора тембра
ничего своего не вносил, но все равно понадобилось разводить плату заново, т.к. не нашел в интернете готовую одностороннюю печатку нужного мне размера. Коммутация режимов темброблока сделана на отечественных реле РЭС-47.
Для того, чтобы сделать нужное мне управление регулятором тембра и предусилителем на несколько дней погрузился в теорию принципов работы счетчиков и триггеров отечественных микросхем. Для предусилителя выбрал корпус от спутникового ресивера, отжившего свое, в котором имелось довольно большое окошко, и его нужно было заполнить чем-то красивым и полезным. Так вот, захотелось мне сделать так, чтобы была визуальная информация о режимах регулятора тембра, и лучше, если это будут не светодиоды, а привычные глазу и мозгу цифры. В результате нарисовалась такая схема из трех МС.
К561ЛЕ5 задает импульсы, которые поступают на входы К174ИЕ4 и К561ИЕ9А. Счетчик на ИЕ9 управляет 4-мя ключами, переключающими реле на РТ Матюшкина. Одновременно с этим счетчик на ИЕ4 меняет показания на семисегментном индикаторе АЛС335Б1, указывая, в каком режиме находится регулятор тембра в данный момент. Цифра «0» соответствует режиму с минимальным уровнем низких частот, цифра «3» – максимальным. Еще один простой электронный переключатель выполнен на МС К155ТМ2. Одна половина микросхемы управляет релюшкой, переключающей режимы индикатора уровня сигнала, вторая половина отвечает за реле селектора входов. Ну, и типовая схема индикатора уровня сигнала на МС LM3915 отдельно для каждого канала.
Блок питания
сделан на базе трансформатора ТП-30, разумеется с перемотанной под нужные напряжения вторичной обмоткой.
Все напряжения стабилизированные:
+/- 15В - на / LM337 для питания платы предусилителя
+9В на 7805 для питания реле и блока управления
+5В опять же на для питания USB звуковой карты
О настройке и возможных проблемах
Несмотря на всю кажущуюся сложность схемы и множество деталей, при правильной сборке и применении заведомо исправных и рекомендованных для этой схемы компонентов, можно с большой долей вероятности отгородить себя от неприятных сюрпризов, которые могут возникнуть при сборке данного ПУ. Единственная часть всей этой схемы, которая нуждается в настройке – это собственно сама плата предусилителя. Нужно установить ток покоя, проверить уровень постоянки не выходе, и форму сигнала.Рекомендованный ток покоя для этого ПУ 20-22 мА, и рассчитывается он по падению напряжения на 15-ти омных резисторах R20, R21, R40, R42. Для тока 20-22 мА на этих резисторах должно падать 300-350 мВ (300:15=20, 350:15=22). Падение напряжения, а соответственно и ток можно регулировать в ту или иную сторону изменением номинала резисторов R9, R10, R30, R31 (в оригинале схемы 51 Ом). Большему току покоя соответствует большее сопротивление резистора и наоборот. В своем варианте, вместо постоянных резисторов 51 Ом, я впаял многооборотные подстроечные номиналом 100 Ом, что позволило без лишних усилий и с высокой точностью выставлять нужный ток покоя.
Две неприятности , с которыми может столкнуться человек, решивший повторить данный предусилитель - это возбуд, и постоянка на выходе. Причем, как правило, первая проблема порождает вторую. Сначала нужно убедиться в наличии или отсутствии постоянной составляющей на выходе каждого буфера и каждого ОУ. Допускается небольшое количество постоянки, но именно небольшое, грубо говоря не более нескольких мВ.
Если постоянки нет, я вас поздравляю! Если есть – ищем в чем причина, а причин не так уж и много. Это либо ошибка в монтаже, либо «не та» деталь, либо где-то есть возбуд. Первым делом нужно внимательно осмотреть плату на предмет непропая или наоборот – слипшихся дорожек, перепроверить все ли детали нужного номинала вы используете, и если все правильно остается третий вариант, т.е. возбуд. Для его поиска вам понадобится осциллограф.
Сам я столкнулся с этой проблемой. Во всех четырех буферах была постоянка на выходе в размере 100-150 мВ. И причиной ее возникновения оказалась как раз-таки «не та» деталь. Дело в том, что вместо операционных усилителей OPA134 у меня были установлены NE5534, которые не совсем подходят для применения в этой схеме. Долго и безуспешно я боролся с этой проблемой, а проблема исчезла сама собой после замены ОУ на OPA134.
О расположении и соединении
Из-за того, что имеющийся корпус был не очень большого размера, пришлось рисовать все платы заново, чтобы хоть на пару сантиметров сделать их компактнее. Размещение плат в корпусе получилось очень плотным, но к счастью все вместилось. Все – это плата предусилителя, регулятора тембра, сдвоенная плата блока управления и индикации, USB звуковая карта, трансформатор блока питания и плата выпрямителей-стабилизаторов, и две маленькие платы селектора входов и регулятора громкости и ВЧ.
Все общие провода соединил в одной точке, на плате регулятора громкости и высоких частот. Это избавило от пугающей меня проблемы гула и фона, которые возможны при неправильно разведенной земле.
Опять же из-за стесненных условий, плату управления и индикации пришлось сделать составной, состоящей из одной большой и одной маленькой платы. Соединяются они между собой через штырьковый разъем.
Все платы крепил к шасси корпуса через вот такие пластиковые изолирующие проставки. Это позволило полностью изолировать платы от контакта, как с металлическим корпусом, так и друг от друга, в местах, где этого не нужно.
Удобный корпус
Расскажу немного и о самом корпусе. Как я уже упоминал – в качестве корпуса для предусилителя используется корпус от спутникового ресивера. Старичок верой и правдой служил много лет, несколько раз ремонтировался и после очередной поездки в мастерскую был переправлен мне с диагнозом «труп».Хорошие были раньше корпуса, большие! Именно по причине своих размеров и большого окна я и выбрал этот корпус. На лицевой панели кроме надписей не оказалось ничего лишнего. Остались, конечно 3 незадействованный кнопки, но это не страшно. Закрасил надписи матовой краской из балончика, купленного в автомагазине. Краска процентов на 98 совпала по цвету с той, которой был покрашен корпус изначально. Разницу можно заметить, только если очень присмотреться.
В качестве ручек для этих регуляторов установил , которые кстати . Они отлично (на мой взгляд) вписались в общий дизайн предусилителя, который выдержан в серебристо-черном цвете.
О звуке и впечатлениях
И настало время рассказать о самом интересном, о том что же получилось в итоге. А в итоге получилась еще одна хорошая игрушка в моей коллекции звуковоспроизводящей аппаратуры.Схема несомненно заслуживает внимания и того, чтобы ее повторяли. Звучание готового устройства понравилось, оно вносит какой-то свой окрас в музыку. Несмотря на всего лишь 4 ступени в регуляторе тембра Матюшкина, не могу сказать, что регулировок низких частот не хватает. Четырех позиций регулятора НЧ вполне достаточно для того, чтобы подобрать нужный уровень низких частот для конкретного стиля музыки и своих предпочтений.
Любите взрывной бас? Переключаем темброблок в четвертое положение и пусть колонки рвутся! Диапазона регулировок по высоким тоже хватает с избытком при положении ручки максимально вправо, количество высоких начинает резать слух.