Полный Hi-Fi предусилитель

Автор: Род Эллиотт (Rod Elliott - ESP)

Введение

Я избегал создания полного Hi-Fi предусилителя, включающего регуляторы тембра (с обеспечением монтажа регуляторов на печатной плате), поскольку переменные резисторы, доступные в разных частях мира, не всегда совместимы. Но по причине высокого спроса этот проект был все же разработан (вместе с полной печатной платой), чтобы заполнить пробел в линейке, доступной от ESP.

Предлагаемый предусилитель очень прост в изготовлении на печатной плате и имеет инновационную функцию снижения тембра. Вместо того, чтобы полностью отключать регулировку тембра, применено глубокое снижение ее чувствительности. В этом состоянии регулировка имеет максимальный диапазон, приведенный на рисунке 3 (см. ниже). Он может быть увеличен по желанию. Таким образом, вы можете иметь две настройки управления тоном - одну с обычным усилением и ослаблением в 10 dB, а другую - с очень тонкой регулировкой тембра в пределах +/- 3dB. Этого будет вполне достаточно для незначительных корректировок, которые могут вам потребоваться при ежедневном прослушивании.

Дизайн устройства довольно условный, при этом основное преимущество над другими конструкциями состоит в том, что в нем практически нет проводов. Переключение источников производится любым способом, я предлагаю использовать поворотный переключатель в задней части корпуса и удлинительный вал, чтобы вынести ручку на переднюю панель. Это обеспечит минимум проводов и уменьшит перекрестные помехи от других активных входов.

Фотография завершенного проекта 97

Как видно, печатная плата очень компактна. Регулятор громкости расположен немного дальше, чем другие, чтобы позволить использовать большую ручку, поскольку это наиболее часто используемый элемент управления в любом предусилителе. Использование 16-миллиметровых потенциометров обеспечивает небольшую и аккуратную компоновку и позволяет легко коммутировать предусилитель с усилителем мощности, чтобы создать интегральный усилитель.

Обратите внимание, что плата Rev-A немного отличается от приведенной здесь схемы Rev.

Описание

Входной каскад, приведенный на рисунке 1, обеспечивает коэффициент усиления 2 (6 дБ) и работает, как буфер для схемы управления тоном. Регулятор тембра выполнен по типичной схеме Baxandall, но добавление резисторов R117, 118 и 119 обеспечивает гибкость и простоту реконфигурации, которая недоступна традиционным устройствам.

R119 - уникальная часть этой схемы (я не видел это решение раньше). Указанное сопротивление 100k ограничивает диапазон управления тоном до разумных ± 10 дБ. Чтобы получить больший диапазон R119 (и R219) можно вообще опустить. И наоборот, уменьшение его значения даст меньший диапазон регулировок: около 6 дБ на 20 Гц и 7,5 дБ на 20 кГц при сопротивлении 22 кОм.

Рисунок 1 – Входной буфер и темброблок

АЧХ темброблока показан на рисунке 2 (шаг - 10% номинала резистора). Как можно видеть, средний диапазон практически не затронут. Это отличается от большинства конструкций, где элементы управления сосредоточены на частоте1 кГц и на средних частотах наблюдается очень слышимый эффект.

Для тех, кто вообще не хочет использовать регуляторы тембра, я предлагаю предусилитель DoZ (Project 37) или Project 88. Оба они были спроектированы без темброблока и больше соответствуют критериям истинных минималистских дизайнов.

Рисунок 2 – АЧХ темброблока (SW1 разомкнут)

Напротив, на рисунке 3 показан диапазон регулировки тембра, когда SW1 замкнут. Видно, что, когда элементы управления находятся в центральном положении, любое отклонение (из-за допусков резистора) минимально, а реакция полностью плоская (в пределах 0,1 дБ). Как вы можете видеть, диапазон регулировки намного меньше, и вполне вероятно, что этот режим будет использоваться в течение большей части времени.

Рисунок 3 - АЧХ темброблока (SW1 замкнут)

На рисунке 3 показаны кривые для 100%, 75%, 50% 25% и 0% настроек регуляторов тембра. Изменение ВЧ более выражено, чем НЧс, но по-прежнему ограничено амплитудой ± 3 дБ при 20 кГц. В целом, схема имеет отличную гибкость и удовлетворяет всем требованиям для прослушивания музыки всех жанров.

Регулировка баланса, громкости и выходные каскады

Рисунок 4 - Регулировка баланса, громкости и выходные каскады

Управление балансом преднамеренно спроектировано так, чтобы иметь слабый эффект возле центрального положения. Это обеспечивает более точное позиционирование. В качестве регулятора громкости используется переменный резистор с линейной характеристикой, включенный по схеме с добавочным резистором (Project 01) для получения логарифмической зависимости. Выходное сопротивление составляет 100 Ом. Использование предлагаемого полиэфирного конденсатора емкостью 2,2 мкФ позволяет нагружать усилитель мощности с входным сопротивлением  22k, обеспечивая АЧХ, как показано на рисунках 2 и 3. Нижняя частота отсечки составляет около 3 Гц с номинальной нагрузкой 22k. При желании можно использовать более высокое значение для C103 / 203, но ожидается, что указанное значение будет вполне достаточным для всех нормальных усилителей мощности. Возможно использование электролитического конденсатора. Полярность, в таком случае, не имеет значения, поскольку постоянной ток здесь не будет превышать нескольких мВ. Я предлагаю использовать электролит емкостью 10 мкФ.

Заключительный этап - инвертирование - исправление инверсии в регуляторах тембра и возврат к нормальной фазе. Опять же, этот каскад работает с номинальным усилением 6 дБ, хотя это значение изменяется при регулировке громкости. Наименьший уровень шума наблюдается при среднем положении VR4 – как раз в той области, где регулятор будет использоваться чаще всего.

Коэффициент усиления последнего каскада зависит от положения регуляторов громкости и баланса. При центральном положении регулятора баланса имеем следующие коэффициенты усиления:

• -8 дБ (VR4 25% ),
•  -3,6 дБ (VR4 50%),
• 1 дБ (VR4 75%),
• 9 дБ (VR4 100%).

Чтобы определить общий коэффициент усиления, добавьте усиление входного каскада (6 дБ). Общий коэффициент усиления системы составляет около 2,6 дБ, когда регулятор громкости находится в центре.

Если обнаружено, что усиление является чрезмерным (или недостаточным), сопротивление резисторов R113 / 213 может быть уменьшено (или увеличено). При сопротивлении 15 кОм коэффициент усиления этого каскада будет равен 1 при максимальной громкости. Разумным компромиссом может быть резистор номиналом 22k. Все зависит от входной чувствительности усилителя мощности, поэтому, чтобы определиться, рекомендую провести несколько тестов. На ПП предусмотрены разъемы для быстрой замены R113 / 213.

На рисунке 5 показаны шунтирующие элементы ОУ - керамические конденсаторы емкостью 100нФ и электролиты емкостью 10 мкФ, которые необходимы для защиты от радиопомех. Это важно, и особенно там, где используются высокоскоростные операционные усилители.

Рисунок 5 – Схема шунтирования ОУ по питанию

Электролиты должны быть рассчитаны как минимум на 50В, как и керамика. Здесь необходимо использовать многослойные керамические конденсаторы. Не используйте полиэфирные шунтирующие конденсаторы, так как их высокочастотные характеристики хуже, чем у керамики. Их можно использовать с ОУ TL072, но, все же, лучше керамика.

Устройство

Несмотря на то, что схема представлена с использованием операционных усилителей NE5532, OPA2134 или что-либо другое может быть использовано вместо него. TL072 – неплохой бюджетный вариант, но я не рекомендую использовать что-либо дешевле, чем TL072, так как в результате может быть чрезмерный уровень шума. Это, в свою очередь, сильно ограничивает полезность и качество предусилителя.

Ниже показана стандартная распиновка двойного операционного усилителя. Если операционный усилитель установлен наоборот, он почти наверняка будет поврежден, поэтому будьте осторожны при установке.

Рекомендуемые операционные усилители имеют очень высокую производительность, и если вы предпочитаете использовать устройства с низким уровнем шума или широкой полосой пропускания – это ваш выбор.

При первом включении используйте резисторы 100 Ом последовательно с каждой цепью питания, чтобы ограничить ток, если вы допустили ошибку в монтаже.

Все резисторы должны быть металлопленочными и, предпочтительно, с 1% -ным допуском для наилучшего соответствия каналов и снижения шума. Аналогично, конденсаторы для регуляторов тембра должны быть максимально близко подобраны с использованием измерителя емкости. Потенциометры с линейной характеристикой и диаметром 16 мм для печатной платы, которые повсеместно распространены.

Требования к питанию не являются критическими, но рекомендуется источник питания (Project 05) с низким уровнем шума.

Наконец, на рисунке 6 показана типичная система коммутации входных сигналов. Как упоминалось выше, рекомендуется использовать поворотный переключатель на задней панели корпуса, чтобы минимизировать проводку и сделать сборку как можно более простой.

Выход с надписью «Record Out» может быть подключен к любому записывающему устройству, которое способно обрабатывать входное напряжение до 2В RMS, поступиающее из других источников. При использовании фонокорректора, помните, что рекордер должен иметь высокое входное сопротивление. Все, что меньше 50 кОм, может привести к неприемлемому искажению  частотной характеристики.

Рисунок 6 – Селектор входов

Любые дополнительные входы (или выходы) могут быть опущены, если они не нужны, но поскольку двойные (стерео) поворотные переключатели обычно имеют 6 позиций, имеет смысл использовать все позиции, если это возможно. Фонокорректор, естественно, является опциональным, и нет причин его включать, если у вас нет проигрывателя виниловых дисков.

Оригинал статьи

Теги:

• Предусилитель
• Темброблок
• ОУ
• Перевод