Регулятор громкости с буферным каскадом

В настоящее время среди многих ценителей высококачественного звуковоспроизведения находит своих сторонников так называемая "идеология короткого тракта". В такой аппаратуре предварительный усилитель не содержит привычных регуляторов тембра, лишних коммутационных элементов, цепей тонкомпенсации и регулятора баланса, а главное, содержит минимум активных компонентов. Ввиду того что выходное напряжение современных источников сигналов фактически стало стандартным - 2 В, возможно отказаться и от предварительного усилителя. Однако нагрузочная способность таких источников сигнала не всегда достаточна для непосредственного подключения относительно низкоомного регулятора громкости или усилителя мощности. Поэтому в ряде случаев оказывается полезным применение высокоомного регулятора громкости с последующим повторителем напряжения, выполняющим функцию сопряжения регулятора с входным фильтром УМЗЧ. Нередко такой каскад строят, используя высококачественный и дорогостоящий ОУ ОРА627 в режиме повторителя напряжения. В ОУ при стопроцентной ООС создаются предпосылки для возникновения динамических искажений.

Я провел сравнительные прослушивания трех буферных повторителей: первый - на ОУ ОРА627, второй - на ОУ ОРА637, третий - на полевых транзисторах, описываемый в статье. В варианте буферного каскада с использованием ОУ ОРА637 (это тот же ОРА627, только скорректированный на усиление не менее пяти) его коэффициент усиления КU=5. Этот вариант показал, по мнению автора, более прозрачное звучание, чем с ОРА627, ввиду ограничения глубины обратной связи и расширения полосы внутрипетлевого усиления в менее скорректированном, чем в ОРА627, усилителе. Третий вариант - буфер на малошумящем полевом транзисторе, отличающемся высокой линейностью. Это устройство получено в результате упрощения усилителя для головных телефонов, предложенного автором на одном из форумов несколько лет назад и хорошо себя зарекомендовавшего. Субъективно такой буфер оказывается наиболее "прозрачным", без каких-либо заметных замутнений или специфических окрасок в звучании. Тип транзистора повторителя, его рабочий режим были тщательно подобраны, что позволило получить весьма малые нелинейные искажения. Ввиду того, что используемый транзистор является сверхвысокочастотным полевым транзистором с линейной передаточной характеристикой и обладает малыми межэлектродными емкостями, нелинейные искажения такого повторителя на всех слышимых звуковых частотах остаются очень малыми. Примененный здесь буферный каскад рассчитан главным образом на УМЗЧ с входным сопротивлением не ниже 10 кОм, при этом КНИ на частотах 1 и 10 кГц при напряжении 2 В оказывается около 0,002 %. Уровень собственных шумов каскада достоверно измерить автору не удалось ввиду отсутствия вольтметра истинных среднеквадратических значений. Но при подключении повторителя к анализатору спектра (на основе программы SpectraLab и звуковой карты ESI Juli@) смещения подошвы спектра практически не обнаружено, уровень шумов сохранялся очень низким. Фликкер-шум, которым отличаются полевые транзисторы с изолированным затвором, оказался незаметным. Схема узла регулятора громкости изображена на рис. 1.

Входной звуковой сигнал поступает на высококачественный переменный резистор регулятора громкости R1.1 (R1.2 - для другого канала). Здесь применение резистора относительно высокого сопротивления было продиктовано тем, что он является нагрузкой для источника сигнала, подключаемого к описываемому блоку. Выходной каскад современных CD-DVD плееров, магнитофонных дек, звуковых карт, как правило, представляет собой интегральный ОУ, искажения которого тем меньше, чем выше сопротивление нагрузки. Другой важный фактор: даже в относительно дорогих моделях CD-DVD плееров, тюнеров, компьютерных звуковых карт на выходах есть разделительные оксидные конденсаторы, причем, как правило, они оказываются без поляризующего напряжения. Обычно для таких целей выбирают оксидные конденсаторы на напряжение 63-100 В и относительно низкой емкости (типичное значение - 4,7 мкФ). В таком случае нелинейность разделительного конденсатора будет проявляться тем сильнее, чем ниже входное сопротивление следующего за ним каскада. О необходимости согласования узла регулятора, как с источником сигнала, так и последующим УМЗЧ с параллельной ООС можно показать на примере звуковой карты ESI Juli@. Как только эта карта стала доступна на российском рынке, я прочел отзывы на радиолюбительских форумах, где писали, что при подключении УМЗЧ к несимметричным выходам карты бас "жидкий" и неестественный. При подключении же нагрузки к балансным "DC-coupled" выходам такого эффекта не наблюдалось. Оказывается, на несимметричных выходах карты установлены танталовые конденсаторы малой емкости. Поэтому при входном сопротивлении УМЗЧ 10кОм, обычном для широкополосного усилителя с параллельной ООС, чувствовалась нехватка баса и некоторая неестественность звучания в области НЧ. При подключении УМЗЧ через описываемый блок регулятора громкости с входным сопротивлением 100 кОм вышеуказанный эффект перестал быть заметным.

Вернемся к описанию узла регулятора. С движка переменного резистора R1.1 сигнал поступает на затвор потокового повторителя VT1, нагруженного источником тока, который выполнен на транзисторе VT2 того же типа. Применять здесь традиционный биполярный транзистор не следует ввиду того, что его нелинейная коллекторная емкость оказывается больше, чем у 2П902; линейность выходного сопротивления также ему уступает. С выхода потокового повторителя сигнал через связку разделительных конденсаторов СЗ-С7 поступает в нагрузку. Для получения глубокого и естественного баса частота среза ФВЧ, образованного разделительными конденсаторами с входным сопротивлением УМЗЧ (10 кОм), выбрана очень низкой - 0,95 Гц. Как показала практика, более высокие частоты среза вызывают ощущение "жидкого" баса, лишенного "основания", - несмотря на то что, по логике, частоты среза, равной 10 Гц, должно быть более чем достаточно. Источник питания устройства выполнен по традиционной схеме и особенностей не имеет; желательно использовать фирменные интегральные стабилизаторы (µA7815UC, µA7915UC), так как уровень шумов иных микросхем может оказаться ненормированным. Питание осуществляется от понижающего сетевого трансформатора, имеющего обмотки на напряжение 2x18 В и рассчитанные на ток нагрузки не менее 150 мА. Конструктивно регулятор громкости выполнен на печатной плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита, ее чертеж с расположением элементов показан на рис. 2.

Нумерация элементов второго канала начинается со второй сотни (С101, VT101 и т. д.), вход и выход второго канала блока выведены на контакты 3 разъемов XS1 и XS2. Обилие блокировочных конденсаторов, а также специфической ВЧ топологии платы (в некоторых местах применено параллельное соединение слоев фольги - например, в истоках VT1, VT2, а также между истоком VT1 и стоком VT2) продиктовано тем, что транзисторы 2П902А весьма склонны к самовозбуждению на частотах диапазона ДМВ. На корпусные болты VT1, VT2 следует навинтить гайки до заполнения резьбовой части, они выполнят функцию теплоотвода (хотя и без гаек транзисторы нагреваются незначительно). К передней панели усилителя плату закрепляют посредством двух металлических уголков, располагаемых по ее сторонам. В авторском варианте плата регулятора громкости была встроена в корпус самого УМЗЧ, а для минимизации возможных наводок от его сильноточных цепей помещена в металлический экран (прямоугольную коробку) из белой жести, крепящийся двумя лапками также к передней панели УМЗЧ болтами. Сигнальные провода и провод цепи питания проходят через отверстия в задней стенке экранирующего бокса. Делать отдельный корпус для такого регулятора громкости автор посчитал нецелесообразным.

В регуляторе громкости можно допустить замену некоторых деталей: транзистор 2П902А (VT1, VT2) - на КП902А, ВС546 (VT3) - на КТ3102АМ, диоды 1N4004 (VD1-VD4) - на КД209А. Микросхемы 7815 (DA1) и 7915 (DA2) можно заменить их близкими аналогами. Микросхемы стабилизаторов напряжения DA1, DA2 установлены на ставшие популярными у радиолюбителей теплоотводы HS-315 (продаются в "Чип иДип"). Сдвоенный переменный резистор (R1.1 и R1.2) - ALPS-RK27, приобретаемый на заказ в фирмах СИММЕТРОН и ДОДЭКА. C1, C2 - отечественные керамические конденсаторы КТ-1, КД-2, К10-7В с ТКЕ М47 и МЗЗ. Все примененные в конструкции резисторы - импортные прецизионные металлопленочные (MF - Metal Film) мощностью 0,25 Вт. При отсутствии таковых можно применить отечественные аналоги С2-29 (в отличие от них импортные имеют выводы без окисла), металлодиэлектрические С2-23, МЛТ (перечислены в порядке убывания предпочтения). Конденсаторы С19, С20 - К50-35 или импортные фирм Jamicon или Samsung; С25, С26 - К50-35 или аналогичные импортные; С8, С9, С12, С13 - EPCOS В32529-С105К на 63 В. Их можно заменить керамическими конденсаторами меньшей емкости (не менее 0,047 мкФ), например, К10-7, КД-1, КМ-5. Конденсаторы СЗ-С7 - EPCOS В32529-С5335 на 50 В емкостью 3,3 мкФ ±5 %; здесь полноценной отечественной замены найти невозможно, потому что использованные конденсаторы Epcos Staked MKT имеют не только очень высокое качество изготовления, но и беспрецедентно высокое отношение емкости к габаритам, иными словами, эти конденсаторы самые компактные. Конденсаторами фирмы Epcos торгуют известные радиолюбителям фирмы. Конденсаторы С10, С11, С14-С16, С21-С24 - К10-7В емкостью 0,068 мкФ на 40 В. Соединители XS1-XS3 - клеммники DINKLE-DT126VP. В заключение полезно дать несколько рекомендаций по монтажу транзисторов КП902. Эти приборы чрезвычайно "нежны", они не выдерживают превышения допустимого напряжения: при напряжении сток-исток более 50 В такой транзистор пробивается; опасно для него и статическое электричество. Но главное коварство заключается в том, что в этих приборах можно "подбить затвор"; при этом транзистор остается работоспособным, но возрастают утечка в затворной цепи и шумы. Для того чтобы избежать неприятности, монтаж приборов следует выполнять с использованием антистатической паяльной станции или на время пайки отключать сетевой паяльник и использовать антистатический браслет. В противном случае, как показала практика, выход транзисторов из строя практически гарантирован. Поэтому при покупке КП902А надо обращать внимание на условия хранения этих приборов; в магазинах их обычно продают упакованными в фольгу. После сборки платы полезно проверить исправность транзистора VT1; для этого необходимо вывести регуляторы R1 в положение максимальной громкости, а к входу подключить высокоомный милливольтметр постоянного тока. Если на резисторе R1 присутствует малое постоянное напряжение, то это свидетельствует о том, что у VT1 "подбит затвор".

Радио №3, 2009г.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}