Скачать предварительный усилитель на lm833 с регуляторами вч и нч, баланса и громкости. Регуляторы тембра в ламповых усилителей Регулировка тембра нч вч

Со времени появления первых ламповых УНЧ в звуковоспроизводящей аппаратуре применялось множество схемотехнических решений регуляторов тембра. Некоторые из них не выдержали проверку временем, так как не удовлетворяли постоянно растущим требованиям пользователей. Другие же, после многочисленных модернизаций и усовершенствований, и сейчас используются в современной промышленной и радиолюбительской высококачественной ламповой аппаратуре. Ограниченный объем предлагаемой книги не позволяет подробно рассказать обо всех возможных вариантах регуляторов тембра для ламповых УНЧ. Поэтому ниже будут рассмотрены лишь наиболее часто используемые схемы.

Подавляющее большинство схемотехнических решений регуляторов тембра базируется на использовании переменных сопротивлений и постоянных конденсаторов. Работа этих регуляторов основана на том, что с увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается. Необходимо отметить, что обычно в высококачественной звуковоспроизводящей ламповой аппаратуре регулировка тембра осуществляется с использованием отдельных регуляторов для сигналов низших, средних и высоких частот. Однако часто, особенно в радиолюбительских конструкциях, можно встретить регуляторы тембра, объединенные механически. Элементы схемы таких каскадов подбираются так, чтобы при одновременном регулировании тембра получить сбалансированное изменение полосы пропускания лампового УНЧ, чем обеспечивается приятное звучание усиливаемого сигнала даже при сравнительно узкой полосе пропускания.

Чаще всего в каскадах регуляторов тембра высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры непосредственно в качестве регуляторов используются переменные резисторы, позволяющие постепенно или плавно изменять усиление в пределах воспроизводимого диапазона частот. Однако нередко в ламповых усилителях НЧ применяются и ступенчатые регуляторы, которые иногда называют тон-регистрами. С их помощью для наилучшего воспроизведения определенной фонограммы можно сразу выбрать соответствующую частотную характеристику усилительного тракта. Особого внимания заслуживают многоканальные (чаще всего трехканальные) регуляторы тембра, которые применяются совместно с раздельными усилительными трактами, например, для высших, средних и низших частот, работающих на соответствующие отдельные акустические системы. Преимущества этих систем особенно заметны в больших аудиториях и при больших мощностях.

В ламповых УНЧ промышленного производства каскады, обеспечивающие регулировку тембра, обычно входят в состав предварительного усилителя. Регуляторы тембра могут устанавливаться и на входе усилителя, а также между предварительным и оконечным усилителями. Аналогичные схемотехнические решения применяются и в некоторых радиолюбительских конструкциях.

В современной ламповой аппаратуре высокой верности воспроизведения звука регулирование тембра обычно осуществляется с использованием как частотно-зависимых регуляторов усиления, так и регуляторов уровня частотно-зависимой отрицательной обратной связи. Помимо этого возможно построение регуляторов тембра с применением различных комбинаций указанных способов. При выборе схемы регулятора тембра необходимо учитывать, что для первого способа регулирования характерна переменная крутизна наклона частотной характеристики на границах диапазона и неизменная частота перехода. Регуляторы тембра, установленные в цепи частотно-зависимой отрицательной обратной связи, имеют переменную частоту перехода и неизменную крутизну наклона частотной характеристики.

Одним из важнейших условий, определяющим выбор схемы регулировки тембра в ламповом УНЧ, является устойчивость работы усилителя и отсутствие нелинейных искажений или генерации. На практике довольно часто регуляторы тембра, включенные в цепь отрицательной обратной связи, являются причиной искажений. Эти искажения обусловлены изменениями фазовой характеристики при глубокой регулировке частотной характеристики. Поэтому в любительских конструкциях предпочтение нередко отдается схемам, в которых регулировка тембра осуществляется в канале усиления, а не в цепи отрицательной обратной связи.

Необходимо отметить, что заметное на слух изменение тембра обычно происходит, когда соответствующие регуляторы обеспечивают изменение усиления на данной частоте не менее чем на 6 дБ, то есть в 2 раза. Однако для высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры этого минимального изменения усиления оказывается недостаточно. Поэтому, для того чтобы слушатель мог в широких пределах изменять тембр звучания любой фонограммы, регуляторы тембра должны обеспечивать изменение усиления на крайних частотах звукового спектра не менее чем до 15-20 дБ. При этом выбор пределов для каждого отдельного регулятора тембра должен определяться и с учетом свойств и особенностей акустической системы.

Следует также учитывать, что для регулирования тембра в широких пределах и с подъемом частотной характеристики на крайних частотах полосы пропускания при любом способе регулирования необходимо иметь в усилителе соответствующий запас по усилению.

Отличительной особенностью простых регуляторов тембра, применяемых, чаще всего, в маломощных ламповых УНЧ, является обеспечение относительного подъема сигналов низших частот, достигаемого за счет завала высших частот. В свое время такие регуляторы получили широкое распространение по нескольким причинам. Во-первых, простейшие акустические системы на низких частотах имеют весьма заметный завал частотной характеристики, а во-вторых, чувствительность человеческого слуха к низким тонам несколько понижена, особенно при малой громкости. Помимо этого, такие регуляторы просты в обращении.

Принципиальные схемы простых регуляторов тембра, которые обеспечивают возможность регулировать уменьшение высокочастотных составляющих воспроизводимого сигнала, приведены на рис. 1.

Рис.1. Принципиальные схемы простых регуляторов тембра

В обеих схемах рассматриваемых регуляторов тембра частотная характеристика каскада определяется положением движка переменного резистора R2. Если движок потенциометра R2 находится в крайнем нижнем по схеме положении, частотная характеристика не имеет завалов. Если же движок переменного резистора R2 находится в крайнем верхнем положении, то конденсатор С2 шунтирует цепь прохождения сигнала на высших частотах. В результате частотная характеристика в области высших частот имеет завал.

Изменение параметров отдельных элементов данных регуляторов тембра также приведет к изменению вида частотной характеристики каскада. В схеме, изображенной на рис. 1, а, емкость конденсатора С2 может изменяться в пределах от 3000 пФ до 0,01 мкФ, а в схеме на рис. 1, б сопротивление резистора R1 - в пределах от 200 до 430 кОм. Если в схеме установить потенциометр R2 сопротивлением 10 кОм, то при емкости конденсатора С2, равной 0,001 мкФ, завал частотной характеристики будет проявляться на более низших частотах, а при емкости 5100 пФ - на более высоких частотах воспроизводимого диапазона. На практике обе рассматриваемые схемы в процессе регулировки обеспечивают почти идентичный результат.

В маломощных ламповых УНЧ упоминавшийся ранее завал частотной характеристики акустической системы на низших частотах можно частично компенсировать при помощи корректирующих цепочек, принципиальные схемы которых приведены на рис. 2.

Рис.2. Принципиальные схемы корректирующих цепочек

В схеме, приведенной на рис. 2, а, частотная характеристика каскада определяется положением движка переменного резистора R3. В верхнем по схеме положении движка потенциометра R3 частотная характеристика не имеет ни подъема, ни завалов. Если же движок переменного резистора R3 находится в крайнем нижнем положении, то в области низших частот воспроизводимого диапазона наблюдается подъем. При необходимости обеспечить постоянный фиксированный подъем составляющих низших частот можно применить корректирующую цепочку, принципиальная схема которой приведена на рис. 2, б.

Принципиальные схемы простых регуляторов тембра, которые можно установить на входе лампового УНЧ, показаны на рис. 3. С помощью таких регуляторов обеспечивается только ослабление усиления сигналов на высших и низших частотах воспроизводимого диапазона. При использовании этих регуляторов подъем частотной характеристики обычно осуществляется с помощью частотно-зависимой отрицательной обратной связи, охватывающей оконечный каскад усилителя.

Рис.3. Принципиальные схемы регуляторов тембра с подавлением высших и низших частот

В схеме, изображенной на рис. 3, а, параллельно потенциометру R2, с помощью которого регулируется уровень составляющих низших частот, включен конденсатор С1. Когда движок переменного резистора R2 находится в крайнем левом по схеме положении, конденсатор С1 замкнут и не влияет на форму частотной характеристики усилителя, которая в этом положении регулятора имеет подъем на низших частотах. По мере передвижения движка вправо сопротивление потенциометра R2 возрастает и в крайнем правом положении достигает максимальной величины. В этот момент сопротивление переменного резистора равно или несколько больше реактивного сопротивления конденсатора С1 для низших звуковых частот. В результате общее сопротивление цепи для этих частот возрастает, и они ослабляются. Регулирование уровня сигнала на высших частотах воспроизводимого диапазона в рассматриваемой схеме осуществляется переменным резистором R3. В нижнем по схеме положении движка потенциометра частотная характеристика усилителя имеет подъем на высших частотах. При перемещении движка потенциометра в крайнее верхнее положение конденсатор С2 оказывается подключенным к входу усилителя, что приводит к ослаблению высших звуковых частот.

В схеме, изображенной на рис. 3, б, уровень составляющих низших и высших частот регулируется практически так же, как и в рассмотренной ранее схеме (рис. 3, а). Регулировка громкости осуществляется потенциометром R3. Глубину регулировки частотной характеристики в обеих схемах можно подобрать изменением величин емкостей конденсаторов С1 (НЧ) и С2 (ВЧ).

Довольно часто в радиолюбительских конструкциях простых ламповых УНЧ применяются регуляторы тембра с одним регулятором, с помощью которого осуществляется изменение формы частотной характеристики только на низших или высших частотах воспроизводимого диапазона. Принципиальные схемы возможных схемотехнических решений таких регуляторов приведены на рис. 4.

Рис.4. Принципиальные схемы регулятора тембра ВЧ (а) и регулятора тембра НЧ (б)

Принципиальная схема регулятора тембра, обеспечивающего как подъем, так и срез уровня сигналов высших частот воспроизводимого диапазона, дана на рис. 4, а. При верхнем по схеме положении движка переменного резистора R3 на выход каскада через конденсатор С3 поступают, преимущественно, колебания высших частот, то есть частотная характеристика имеет подъем в области высших частот. Если же движок потенциометра R3 находится в крайнем нижнем положении, то на выход каскада поступают колебания низших и средних частот, а колебания высших частот срезаются конденсатором С1. В результате частотная характеристика на высших частотах имеет завал.

Принципиальная схема одного из вариантов регулятора, в котором положение движка потенциометра определяет завал или подъем сигналов низших частот, приведена на рис. 4, б. В этой схеме при нижнем положении движка переменного резистора R3 на выход каскада через конденсатор С2 проходят преимущественно сигналы высших и средних частот. При этом происходит срез составляющих низших частот. Если же движок потенциометра R3 находится в верхнем по схеме положении, сигналы высших и средних частот шунтируются через конденсатор С3, а в области низших частот происходит подъем.

Следует отметить, что при использовании рассмотренных схем для реализации требуемого подъема частотной характеристики необходимо, чтобы усилительное устройство имело запас по коэффициенту усиления и по мощности. Так, например, если общая мощность будет ограничена, то регулировка тембра произойдет за счет снижения мощности на средних частотах. При максимальной мощности усилителя, например, в 2 Вт и заданном подъеме на низших частотах на 10 дБ мы получим лишь 0,2 Вт мощности на средних частотах. Если такая мощность недостаточна, необходимо установить меньшую величину подъема характеристики, то есть меньший диапазон регулирования.

Рассмотренные простейшие регуляторы тембра широко применялись в ламповых усилителях НЧ малой мощности (от 1 до 3 Вт) с однотактной схемой оконечного каскада. Однако такие регуляторы не всегда обеспечивают требуемое улучшение качества звучания, что особенно заметно при воспроизведении музыкальных фонограмм. Поэтому постоянно растущие требования к качеству звучания ламповых УНЧ привели к появлению так называемых универсальных регуляторов тембра, которые обеспечивают широкое изменение соотношения уровней сигналов низших, средних и высших частот воспроизводимого диапазона. Одним из основных требований, предъявляемых к универсальным регуляторам, является возможность подъема уровня сигналов крайних частот по отношению к средним. Этому условию удовлетворяет регулятор тембра, принципиальная схема которого приведена на рис. 5, а. Нетрудно заметить, что предлагаемый каскад представляет собой комбинацию двух регуляторов тембра, схемы которых были рассмотрены ранее (рис. 4).

Рис. 5. Принципиальная схема мостового регулятора тембра

Особенностью данного регулятора является то, что он вносит в тракт усиления постоянное затухание на средней частоте. При этом уровень сигналов средних частот и диапазон регулирования устанавливаются подбором величин сопротивлений резисторов R7 и R8. Принципы работы регуляторов высших и низших частот такого каскада ничем не отличаются от рассмотренных ранее схем (рис. 4). При необходимости можно значительно изменить диапазоны регулирования как низших, так и высших частот. Для этого достаточно изменить соотношение емкостей конденсаторов С1 и С3 для высших частот воспроизводимого диапазона, а также соотношение емкостей конденсаторов С4 и С5 для низших частот. При этом увеличение соотношения повышает подъем уровня сигнала в соответствующем канале, а уменьшение снижает подъем.

Рассмотренную схему можно представить в виде хорошо знакомого радиолюбителям и профессионалам RC-регулятора так называемого мостового типа, принципиальная схема которого изображена на рис. 5, б. Как уже отмечалось, данный каскад обеспечивает постоянное затухание сигналов средних частот, а перемещение движков потенциометров уменьшает или увеличивает затухание сигналов высших или низших частот. При этом пределы регулировки на крайних частотах воспроизводимого диапазона зависят от затухания, вносимого регулятором на средней частоте. Так, например, если сигнал уменьшается в десять раз, то есть затухание равно 20 дБ, то уровень сигналов на высших и низших частотах можно поднимать примерно на 15 дБ. Главным недостатком рассматриваемого регулятора является то, что для компенсации вносимого каскадом затухания в тракт усиления приходится вводить дополнительный усилительный каскад. При этом напряжение сигнала на аноде лампы этого каскада должно быть в несколько раз больше напряжения сигнала, которое подается на сетку следующей лампы (в приведенном примере - в десять раз). Однако необходимость получения большого напряжения сигнала может привести к появлению нелинейных искажений, соизмеримых с искажениями, которые вносит выходной каскад усилителя. Регуляторы тембра, выполненные по мостовой схеме, обычно применяются в ламповых УНЧ мощностью от 5 Вт и более, однако могут использоваться и в усилителях меньшей мощности.

Регуляторы тембра могут располагаться в цепях частотно-зависимой отрицательной обратной связи. Упрощенные принципиальные схемы простейших регуляторов тембра с изменением глубины ООС приведены на рис. 6.

Рис.6. Принципиальные схемы регуляторов тембров в цепях ООС

В каскаде, изображенном на рис. 6, а, напряжение обратной связи снимается с вторичной обмотки выходного трансформатора Тр1 и с резистора R2 подается в цепь катода лампы Л1 первого каскада УНЧ. Резистор R2 в данном случае является сопротивлением нагрузки цепи обратной связи. Регулирование уровня сигналов низших частот осуществляется потенциометром R3, параллельно которому включен конденсатор С2. Если движок потенциометра R3 находится в левом по схеме положении, то частотная характеристика имеет подъем на низших частотах, поскольку реактивное сопротивление конденсатора С2 на этих частотах велико, а напряжение обратной связи мало. При регулировании тембра с уменьшением сопротивления потенциометра R3 (при перемещении движка вправо) сопротивление участка цепи R3C2 для низших звуковых частот уменьшается, напряжение отрицательной обратной связи возрастает, а усиление на этих частотах падает. Регулирование уровня сигналов высших частот воспроизводимого диапазона осуществляется потенциометром R2. В крайнем верхнем по схеме положении движка этого потенциометра конденсатор С1 оказывается включенным параллельно резистору R1. При этом на катод лампы Л1 подается полное напряжение ООС, и ослабление усиления на высших звуковых частотах становится максимальным. По мере передвижения движка потенциометра R2 вниз напряжение ООС на катоде лампы Л1 для высших частот уменьшается, а уровень сигнала на этих частотах возрастает.

На рис. 6, б приведена принципиальная схема комбинированного регулятора тембра, в котором один из регуляторов помещен в цепи усиления, а другой - в цепи отрицательной обратной связи. В этой схеме с помощью потенциометра R1 обеспечивается изменение усиления сигналов высших частот воспроизводимого диапазона. Регулятор тембра низших частот, в качестве которого используется потенциометр R5, установлен в цепи частотно-зависимой отрицательной обратной связи и функционирует точно так же, как и аналогичный регулятор в рассмотренной ранее схеме.

Принципиальная схема более сложного комбинированного регулятора тембра для лампового УНЧ приведена на рис. 7.

Рис.7. Принципиальная схема комбинированного регулятора тембра в цепи ООС

Нетрудно заметить, что в рассматриваемом регуляторе схема регулировки низших частот аналогична схеме, приведенной на рис. 3, а. При этом форма частотной характеристики на низших частотах воспроизводимого диапазона изменяется с помощью потенциометра R1. Регулировка уровня сигналов высших частот осуществляется с помощью потенциометра R8. Если движок потенциометра R8 находится в крайнем нижнем положении, напряжение высших звуковых частот на нагрузочном сопротивлении цепи ООС (резистор R4) невелико, а частотная характеристика на этих частотах имеет подъем. По мере передвижения движка потенциометра R8 вверх сопротивление на участке цепи, состоящем из конденсатора С6 и нижней части потенциометра R8, для высших звуковых частот возрастает. В результате напряжение высших частот на нагрузочном сопротивлении R4 увеличивается, а их усиление падает. При этом одновременно уменьшается сопротивление на участке цепи, состоящем из конденсатора С5 и верхней части потенциометра R8, что также приводит к ослаблению усиления на высших частотах воспроизводимого диапазона. Таким образом, в крайнем верхнем положении движка потенциометра R8 усиление сигналов высших звуковых частот минимально.

Одним из недостатков рассмотренных ранее RC регуляторов мостового типа является необходимость компенсации вносимого каскадом затухания, для чего в УНЧ приходится вводить дополнительный усилительный каскад. При этом напряжение сигнала на аноде лампы этого каскада должно быть в несколько раз больше напряжения сигнала, которое подается на сетку следующей лампы. Однако необходимость получения большого напряжения сигнала может привести к появлению значительных нелинейных искажений. От указанных недостатков свободен регулятор тембра с глубокой обратной связью, принципиальная схема которого, предложенная еще в середине прошлого века, приведена на рис. 8.

Рис.8. Принципиальная схема регулятора тембра с глубокой обратной связью

Данный регулятор тембра представляет собой каскад с глубокой ООС. При средних положениях движков потенциометров R2 и R5 частотная характеристика регулятора линейна, а его усиление равно единице. Перемещение движка того или иного потенциометра уменьшает глубину обратной связи соответственно на низших или высших частотах, что приводит к увеличению усиления на них. Даже при максимальном подъеме характеристики на крайних частотах воспроизводимого диапазона регулятор тембра все же охвачен достаточно глубокой обратной связью, поскольку коэффициент усиления каскада (без обратной связи) составляет около 23 дБ. Именно этот факт обеспечивает минимальные нелинейные искажения. К тому же преимуществом такого регулятора является большая крутизна срезов частотной характеристики, почти не меняющаяся при регулировке.

Недостатком схемы, приведенной на рис. 8, является необходимость применения потенциометра с отводом от средней точки. Поэтому в радиолюбительской практике широкое распространение получила схема регулятора тембра, в которой можно применять обычные потенциометры. Принципиальная схема такого регулятора приведена на рис. 9.

Рис.9. Принципиальная схема усовершенствованного регулятора тембра с глубокой обратной связью

Как уже отмечалось, вследствие глубокой отрицательной обратной связи усиление каскада, выполненного на лампе Л 2, на средней частоте звукового диапазона близко к единице. Когда движки регулятора низших (потенциометр R2) и высших (потенциометр R5) частот находятся в среднем положении, частотная характеристика каскада прямолинейна. По мере передвижения движков в ту или иную сторону изменяется глубина отрицательной обратной связи, а это, в свою очередь, приводит к изменению усиления на соответствующих частотах.

Необходимо отметить, что выходное сопротивление рассматриваемого каскада сравнительно невелико благодаря наличию обратной связи. Это свойство можно использовать, когда, например, предварительный и оконечный усилители размещены на разных шасси, а регулятор тембра является оконечным каскадом предварительного усилителя. В этом случае включение дополнительной емкости величиной до 500 пФ (емкость соединительного экранированного провода) не влияет на форму частотной характеристики тракта. Остается добавить, что выходное сопротивление каскада, после которого включен регулятор тембра, должно быть небольшим (около 10 кОм). Это условие выполняется автоматически, если в каскаде используется, например, триод лампы 6Н8С.

Многополосные регуляторы тембра, применяемые в ламповых УНЧ, имеют свои отличительные особенности. В таких регуляторах сигналы воспроизводимого диапазона частот сначала с помощью фильтров разделяются на составляющие отдельных поддиапазонов, уровень громкости которых регулируется соответствующими регуляторами усиления. В одноканальных УНЧ сформированные на выходах регуляторов усиления сигналы суммируются и поступают на последующие усилительные каскады, а в многоканальных усилителях сигналы выделенных составляющих воспроизводимого диапазона частот подаются на входы соответствующих усилительных трактов. Принципиальная схема простейшего двухканального регулятора тембра приведена на рис. 10.

Рис.10. Принципиальная схема простейшего двухканального регулятора тембра

В данной схеме звуковой сигнал с помощью RC-фильтров разделяется на составляющие низших и высших частот. При этом сигналы высших частот усиливаются каскадом, выполненным на левом по схеме триоде лампы Л1, а сигналы низших частот - каскадом на правом триоде этой лампы. Усиленные сигналы суммируются и через конденсатор С4 подаются на вход следующего каскада. Уровень усиления сигналов в каждом из каналов регулируется соответственно потенциометрами R3 и R6. Таким образом, регуляторы усиления, установленные в каждом из каналов, являются регуляторами высших (потенциометр R3) и низших (потенциометр R6) частот. Пределы регулирования можно изменять путем подбора величин сопротивлений резисторов R4 и R7.

В регуляторе тембра, принципиальная схема которого приведена на рис. 11, сигналы спектра воспроизводимых частот разделяются на три канала. При этом составляющие низших частот подаются на сетку лампы Л2 через конденсатор С1 и потенциометр R3, средних частот - через потенциометр R2, а высших - через потенциометр R1. Изменить степень подъема сигналов высших и низших частот, а также подобрать необходимый уровень составляющих средних частот можно подбором величин сопротивлений R4, R5 и R6.

Рис.11. Принципиальная схема простейшего трехканального регулятора тембра

Широкий диапазон регулирования частотной характеристики обеспечивает регулятор тембра, принципиальная схема которого дана на рис. 12. В нем разделение сигналов обеспечивается RC-фильтрами, а регулировка тембра производится отдельными регуляторами.

Рис.12. Принципиальная схема трехканального регулятора тембра

Низкочастотные составляющие проходят через фильтр, выполненный на элементах R4, С6, R6 и С7, который срезает высшие и средние частоты. Уровень сигнала в этом канале регулируется потенциометром R3. Потенциометр R2 является регулятором уровня составляющих средних частот, в цепи которого низшие частоты срезаны конденсатором С3, а высшие шунтированы конденсатором С5. Регулировка уровня составляющих высших частот осуществляется потенциометром R1, который одновременно является составной частью фильтра, выполненного на элементах С2, R1, С4, R7. С выходов фильтров каждого из каналов сигнал подается на усилительный каскад, выполненный на отдельной лампе. Анодные цепи ламп соединяются через сопротивления R8, R9 и R10, которые служат для уменьшения взаимного влияния каналов.

Многоканальные ламповые УНЧ, в которых тракт усиления сигналов звуковой частоты разделяется на несколько каналов, пользуются особым вниманием меломанов благодаря высокому качеству воспроизведения. Обычно в таких усилителях количество каналов составляет два или три канала. В трехканальных усилителях составляющие сигналов низших, средних и высших частот усиливаются в отдельных каналах. В двухканальных усилителях составляющие сигналов низших и средних частот обычно усиливаются в одном канале, а составляющие сигналов высших частот - во втором канале.

Регуляторы тембра, применяемые в многоканальных УНЧ, имеют много общего с многоканальными регуляторами, выполненными на основе фильтров. Главное отличие заключается лишь в том, что сформированные на выходах регуляторов сигналы выделенных составляющих воспроизводимого диапазона частот в многоканальных УНЧ не суммируются, а подаются на входы соответствующих усилительных трактов. Так, например, принципиальная схема регулятора тембра, предназначенного для работы с двухканальным ламповым УНЧ, приведена на рис. 13.

Рис.13. Принципиальная схема регулятора тембра для двухканального лампового усилителя

В данной схеме низкочастотный сигнал, поступающий на вход регулятора через конденсатор С1, далее проходит через разделительный фильтр R3C5R4C6 на фильтр низкочастотного канала, а через разделительные конденсаторы С2 и С3 сравнительно малой емкости, представляющие большое сопротивление для составляющих низших частот, подается на вход канала, где усиливаются составляющие высших и средних частот. В низкочастотном канале после фильтра включен дополнительный регулятор уровня сигналов низших частот. Регулировка усиления в этом канале осуществляется потенциометром R6 за счет изменения сопротивления частотно-зависимого делителя R5, R6, R7, R8, С7 и С8. При нижнем положении движка переменного резистора R6 происходит срез составляющих низших частот. Если же движок потенциометра R6 находится в верхнем по схеме положении, в области низших частот воспроизводимого диапазона происходит подъем.

Для работы с трехканальным ламповым УНЧ можно использовать регулятор тембра, принципиальная схема которого приведена на рис. 14. Нетрудно заметить, что этот регулятор практически полностью идентичен регулятору, схема которого показана на рис. 12. Единственное отличие заключается в том, что сигналы выделенных составляющих после усиления не суммируются, а подаются на входы соответствующих усилительных трактов.

Рис.14. Принципиальная схема регулятора тембра для трехканального лампового усилителя

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА LM833
С РЕГУЛЯТОРАМИ ВЧ И НЧ, БАЛАНСА И ГРОМКОСТИ.

Ниже приведена принципиальная схема предварительного усилителя, реализованная на операционном усилителе LM833.

В цепи обратной связи входного каскада установлены два тримера (P1 и P101 номиналом 100 кОм), с их помощью можно установить необходимый коэффициент усиления и чтобы уровни обоих каналов были одинаковы.

Питание осуществляется от двуполярного источника напряжением ±12 Вольт. БП можно собрать на интегральных стабилизаторах 78L12 и 79L12.

Исходник печатной платы предварительного усилителя:

Расположение элементов на плате предварительного усилителя на LM833:

По этим рисункам была нарисована печатная плата в программе Sprint Layout. Вид LAY формата показан ниже:

Фото-вид печатной платы LAY формата:

Плата выполнена под односторонний стеклотекстолит, размер 60 х 140 мм.

Перечень элементов для сборки предварительного усилителя на LM833:

Конденсаторы:

470n – 4 шт. (C1,C9,101,109)
10p – 2 шт. (C2,102)
2M2 – 6 шт. (C3,7,8,103,107,108)
15n – 2 шт. (C4,104)
150n – 4 шт. (C5,6,105,106)
68n – 2 шт. (C10,110)
100mF/25V – 2 шт. (C11,12)
100n – 2 шт. (C13-16)

Микросхемы:

LM833 – 2 шт. (IC1,2)

Резисторы:

1k – 2 шт. (R1,101)
100k – 2 шт. (R2,102)
39k – 4 шт. (R3,4,103,104)
4k7 – 4 шт. (R5,11,105,111)
1k2 – 4 шт. (R6,7,106,107)
2k2 – 8 шт. (R8-10,12,13,108-110)
47k – 2 шт. (R14,114)
18k – 2 шт. (R15,115)
15k – 2 шт. (R16,116)
22k – 2 шт. (R17,117)
TRIM 100k – 2 шт. (P1,101)
BALANCE - 25k/N
BASS - 25k/N
TREBLE - 25k/N
VOLUME - 50k/G
Разъемы IN,OUT,UCC - ARK500/3 – 3 шт.

Внешний вид собранной платы показан на следующем снимке:

Скачать принципиальную схему предварительного усилителя на микросхемах LM833 с регуляторами громкости, баланса, высоких и низких частот можно по прямой ссылке с нашего сайта. Размер файла – 0,48 Mb.

СХЕМА ТЕМБРОБЛОКА И ЕГО РАСЧЕТ

Оценка качества воспроизведения звукового сигнала ламповым УНЧ, как и любым звуковоспроизводящим устройством, осуществляется каждым слушателем индивидуально, на основании субъективного восприятия усиливаемого сигнала. При этом каждый пользователь в процессе прослушивания какой-либо фонограммы не только оценивает ее качество, но и желает иметь возможность изменять параметры воспроизводимого сигнала в соответствии со своими личными запросами. Качество воспроизведения, в первую очередь, определяется частотной характеристикой звуковоспроизводящего устройства, поэтому в нем необходимо использовать регулятор частотной характеристики, который позволил бы устанавливать наилучшее для слушателя соотношение напряжений в диапазоне воспроизводимых частот. Для этой цели в УНЧ применяются специальные каскады, представляющие собой регуляторы частотной характеристики. В этих каскадах, часто называемых регуляторами тембра, обеспечиваются подъем или завал сигналов определенных частот по отношению к сигналам других частот в пределах полосы пропускания. Довольно часто задача таких регуляторов ограничивается подъемом или завалом сигналов крайних частот звукового диапазона относительно сигналов средних частот. В ламповых УНЧ эффективно действующие регуляторы частотной характеристики позволяют скорректировать характеристику усиливаемого сигнала в соответствии с акустическими свойствами помещения, компенсировать возможные отклонения от типовых характеристик вследствие возможных искажений, добиться наиболее естественного звучания фонограммы.
Со времени появления первых ламповых УНЧ в звуковоспроизводящей аппаратуре применялось множество схемотехнических решений регуляторов тембра. Некоторые из них не выдержали проверку временем, так как не удовлетворяли постоянно растущим требованиям пользователей. Другие же, после многочисленных модернизаций и усовершенствований, и сейчас используются в современной промышленной и радиолюбительской высококачественной ламповой аппаратуре. Ограниченный объем предлагаемой книги не позволяет подробно рассказать обо всех возможных вариантах регуляторов тембра для ламповых УНЧ. Поэтому ниже будут рассмотрены лишь наиболее часто используемые схемы.
Подавляющее большинство схемотехнических решений регуляторов тембра базируется на использовании переменных сопротивлений и постоянных конденсаторов. Работа этих регуляторов основана на том, что с увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается. Необходимо отметить, что обычно в высококачественной звуковоспроизводящей ламповой аппаратуре регулировка тембра осуществляется с использованием отдельных регуляторов для сигналов низших, средних и высоких частот. Однако часто, особенно в радиолюбительских конструкциях, можно встретить регуляторы тембра, объединенные механически. Элементы схемы таких каскадов подбираются так, чтобы при одновременном регулировании тембра получить сбалансированное изменение полосы пропускания лампового УНЧ, чем обеспечивается приятное звучание усиливаемого сигнала даже при сравнительно узкой полосе пропускания.
Чаще всего в каскадах регуляторов тембра высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры непосредственно в качестве регуляторов используются переменные резисторы, позволяющие постепенно или плавно изменять усиление в пределах воспроизводимого диапазона частот. Однако нередко в ламповых усилителях НЧ применяются и ступенчатые регуляторы, которые иногда называют тон-регистрами. С их помощью для наилучшего воспроизведения определенной фонограммы можно сразу выбрать соответствующую частотную характеристику усилительного тракта. Особого внимания заслуживают многоканальные (чаще всего трехканальные) регуляторы тембра, которые применяются совместно с раздельными усилительными трактами, например, для высших, средних и низших частот, работающих на соответствующие отдельные акустические системы. Преимущества этих систем особенно заметны в больших аудиториях и при больших мощностях.
В ламповых УНЧ промышленного производства каскады, обеспечивающие регулировку тембра, обычно входят в состав предварительного усилителя. Регуляторы тембра могут устанавливаться и на входе усилителя, а также между предварительным и оконечным усилителями. Аналогичные схемотехнические решения применяются и в некоторых радиолюбительских конструкциях.
В современной ламповой аппаратуре высокой верности воспроизведения звука регулирование тембра обычно осуществляется с использованием как частотно-зависимых регуляторов усиления, так и регуляторов уровня частотно-зависимой отрицательной обратной связи. Помимо этого возможно построение регуляторов тембра с применением различных комбинаций указанных способов. При выборе схемы регулятора тембра необходимо учитывать, что для первого способа регулирования характерна переменная крутизна наклона частотной характеристики на границах диапазона и неизменная частота перехода. Регуляторы тембра, установленные в цепи частотно-зависимой отрицательной обратной связи, имеют переменную частоту перехода и неизменную крутизну наклона частотной характеристики.
Одним из важнейших условий, определяющим выбор схемы регулировки тембра в ламповом УНЧ, является устойчивость работы усилителя и отсутствие нелинейных искажений или генерации. На практике довольно часто регуляторы тембра, включенные в цепь отрицательной обратной связи, являются причиной искажений. Эти искажения обусловлены изменениями фазовой характеристики при глубокой регулировке частотной характеристики. Поэтому в любительских конструкциях предпочтение нередко отдается схемам, в которых регулировка тембра осуществляется в канале усиления, а не в цепи отрицательной обратной связи.
Необходимо отметить, что заметное на слух изменение тембра обычно происходит, когда соответствующие регуляторы обеспечивают изменение усиления на данной частоте не менее чем на 6 дБ, то есть в 2 раза. Однако для высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры этого минимального изменения усиления оказывается недостаточно. Поэтому, для того чтобы слушатель мог в широких пределах изменять тембр звучания любой фонограммы, регуляторы тембра должны обеспечивать изменение усиления на крайних частотах звукового спектра не менее чем до 15-20 дБ. При этом выбор пределов для каждого отдельного регулятора тембра должен определяться и с учетом свойств и особенностей акустической системы.
Следует также учитывать, что для регулирования тембра в широких пределах и с подъемом частотной характеристики на крайних частотах полосы пропускания при любом способе регулирования необходимо иметь в усилителе соответствующий запас по усилению.
Отличительной особенностью простых регуляторов тембра, применяемых, чаще всего, в маломощных ламповых УНЧ, является обеспечение относительного подъема сигналов низших частот, достигаемого за счет завала высших частот. В свое время такие регуляторы получили широкое распространение по нескольким причинам. Во-первых, простейшие акустические системы на низких частотах имеют весьма заметный завал частотной характеристики, а во-вторых, чувствительность человеческого слуха к низким тонам несколько понижена, особенно при малой громкости. Помимо этого, такие регуляторы просты в обращении.

Для облегчения расчетов рекомендуется программа моделирования темброблоков Tone Stack Calculator . Данная программа позволяет расчитать любой из популярных пассивных темброблоков, причем как для лампового усилителя мощности, так и для полупроводникового.

Слева приведена принципиальная схема исследуемого темброблока, справа - его амплитудочастотная характеритика. Двигая движки переменных резисторов, которые находятся ниже принципиальной схемы на графике АЧХ будет изменяться кривая, показывая коррекцию АЧХ выбранной схемой.
В программе имеется семь вкладышей с различными схемами темброблоков:

Схема данной программы интерактивна - два раза щелкая по элементу появляется окошко для введения желаемых номиналов элемента, что позволяет подбирать компоненты в зависимости от реальных выходных сопротивлений используемого источника сигнала и входного сопротивления усилителя мощности.
В даннйо версии программы так же имеется функция для сохранения полученных результатов, а так же распечатки формы полученной АЧХ и номиналов используемых в темброблоке компонентов. Правда саму схему темброблока программа не распечатывает, к сожалению.
В настройках принтера устанавливается орентация бумаги - по умолчанию стоит "Книжная", что не очень удобно при распечатке графика амлитудо частотной характеристики, поэтому галочку лучше переставить на "Альбомную".
Скачать программу для расчета темброблока Tone Stack Calculator можно нажав

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.

Возросший в последние годы интерес к высококачественному звуковоспроизведению вызвал появление в печати рядя статей, посвященных вопросам конструирования различных монофонических и стереофонических усилителей НЧ. Наряду со многими положительными качествами указанных устройств большинство из них имеет один общий недостаток - малую (около 12 дБ) глубину регулировки тембра высших и особенно низших звуковых частот. Узел регулировки тембра этих усилителей выполняют обычно по RC-мостовой схеме и включают между предварительным и оконечными блоками усилителя. При таком построении схемы от предварительного усилителя требуются большое усиление и большая амплитуда сигнала на выходе, что приводит в конечном счете к увеличению нелинейных искажений и ухудшению ряда других параметров усилителя.

Иногда регулировку тембра осуществляют в цепи местной параллельной или последовательной отрицательной обратной связи одно-каскадного усилителя. Однако в таком каскаде при максимальном подъеме усиления отрицательная обратная связь практически отсутствует, что также не способствует получению высоких качественных показателей усилителя.

В публикуемой ниже статье вниманию читателей предлагается описание десятиваттного усилителя, состоящего из предварительного корректирующего и оконечного усилительных блоков. В нем подъем высших и низших звуковых частот равен соответственно 20 и 24 дБ и осуществляется в цепи общей обратной связи предварительного усилителя. При этом глубина общей отрицательной обратной связи остается практически неизменной во всем диапазоне регулировки тембра и составляет 26 дБ.

Снижение усиления на крайних частотах рабочего диапазона обеспечивается RL- и RC-фильтрами, включенными между усилительными блоками. При этом имеет место незначительное уменьшение (на 6-8 дБ) глубины общей обратной связи на краях рабочего диапазона частот только при максимальном ослаблении усиления.

Для регулировки тембра на низших и высших звуковых частотах используются широкодоступные резисторы СП-1-А или СП-11-А с небольшой переделкой, которая может быть легко выполнена радиолюбителями. Благодаря такой переделке и использованию пружинящего свойства скользящего контакта появляется также возможность точной установки переменных резисторов в среднее положение, соответствующее плоской частотной характеристике коэффициента передачи усилителя.

Примененная в предлагаемом вниманию читателей усилителе глубокая регулировка тембра имеет значительные преимущества перед всеми другими известными видами регулировок. Она обеспечивает минимальные нелинейные искажения, малые шумы, высокую стабильность, постоянство выходного сопротивления и не требует применения каких-либо специальных мер по обеспечению устойчивости работы усилителя.

Частотные характеристики регуляторов тембра приведены на рис. 1. Сплошными линиями показаны характеристики, полученные в области низших частот при установке в среднее положение движка регулятора тембра высших звуковых частот, а в области высших частот при установке в среднее положение движка регулятора тембра низших звуковых частот. Пунктиром показаны частотные характеристики, полученные при установке движков регуляторов тембра в крайние положения (на подъем или снижение усиления). Из рис. 1 видно, что подъем усиления на частоте100 Гц составляет 16 дБ, а на частоте 20 Гц - 24 дБ.

Рис. 1. Частотные характеристики регуляторов тембра.

Подъем усиления на частоте 10 кГц равен 16 дБ, а на частоте 20 кГц - 20 дБ. Максимальная неискаженная выходная мощность усилителя 10 Вт при напряжении на входе 250 мВ. Диапазон рабочих частот усилителя 20-20 000 Гц при неравномерности частотной характеристики менее ±0,3 дБ. Нелинейные искажения в диапазоне частот 100- 8000 Гц не превышают 1,2%. Входное сопротивление 100-150 кОм в зависимости от положения движка регулятора усиления. Выходное сопротивление 0,1 Ом. Уровень шума около - 80 дБ.

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 2. Предварительный усилитель собран на высокочастотных транзисторах Т1-Т3, обеспечивающих постоянство значений входного сопротивления и глубины общей обратной связи во всем диапазоне рабочих частот.

Рис. 2. Принципиальная схема усилителя.

При использовании сплавных транзисторов, например П28, в сочетании с транзисторами МП41А постоянство указанных параметров не гарантируется из-за снижения коэффициента усиления по току на частотах выше 7-10 кГц.

Все три транзистора предварительного усилителя включены по схеме с непосредственной связью между каскадами и охвачены глубокими местными и общими обратными связями по постоянному току. Обратная связь, создаваемая резисторами R2 и R3, стабилизирует режимы работы транзисторов Т1-Т3 по току, а обратная связь, создаваемая резистором R9, включенным между коллектором транзистора Т3 и эмиттером транзистора Т2, стабилизирует потенциал коллектора транзистора Т3 но постоянному току. Указанные обратные связи позволяют использовать в предварительном усилителе транзисторы с разбросом коэффициента усиления по току от 20 до 200, обеспечивая высокую стабильность режимов их работы при изменении температуры окружающей среды от - 20 °С до +50 °С. Цепь обратной связи по постоянному току, создаваемая резистором R9, используется и в цепи обратной связи по переменному току. Дело в том, что через резистор R9 протекает часть выходного тока, под действием которого на резисторе R6, включенном в цепь эмиттера транзистора Т2, образуется переменное напряжение общей отрицательной обратной связи. Примененная здесь общая обратная связь обладает одним весьма полезным свойством: с помощью включенного в цепь резистора R6 можно в широких пределах регулировать коэффициент усиления усилителя по напряжению, оставляя практически неизменной глубину общей обратной связи. Именно это свойство и используется для подъема усиления на высших и низших частотах рабочего диапазона.

Постоянство глубины общей отрицательной обратной связи при изменении коэффициента усиления усилителя с обратной связью можно объяснить следующим образом.

Резистор R6 в цепи эмиттера транзистора Т2 является элементом местной отрицательной обратной связи. Одновременно он включен в цепь общей отрицательной обратной связи, так как через него по цепи R9-R6 протекает часть выходного тока. При снижении сопротивления в цепи эмиттера транзистора Т2, вследствие шунтирования резистора R6 цепью R7-1L1C5 или R8-] С6, уменьшается коэффициент передачи цепи общей обратной связи. В то же время пропорционально увеличивается коэффициент усиления каскада на транзисторе Т2 из-за снижения глубины местной последовательной обратной связи.

Известно, что при достаточно большой отрицательной обратной связи глубина ее равна произведению коэффициента передачи цепи общей обратной связи на коэффициент усиления усилителя без общей обратной связи. Так как при уменьшении сопротивления в цепи эмиттера транзистора Т2 эти коэффициенты изменяются в обратно пропорциональной зависимости, их произведение, а следовательно, и глубина общей отрицательной обратной связи будут оставаться неизменными, а коэффициент усиления усилителя с обратной связью будет увеличиваться за счет изменения глубины местной обратной связи. При увеличении сопротивления в цепи эмиттера Т2 указанные выше коэффициенты также будут изменяться в обратной зависимости, в результате чего глубина общей обратной связи опять-таки будет оставаться неизменной.

Экспериментальная проверка усилителя показала, что, регулируя сопротивление в цепи эмиттера транзистора Т2, можно изменять коэффициент усиления усилителя в 20 и более раз. При этом глубина общей обратной связи изменяется всего на 20-30%.

Подъем усиления на высших частотах достигается с помощью конденсатора С6, подключенного параллельно резистору R6 через переменный резистор R8-1. С увеличением частоты емкостное сопротивление конденсатора С6 уменьшается и при полностью выведенном резисторе R8-1 все в большей степени шунтирует резистор R6. При этом достигается подъем усиления 6 дБ на октаву в диапазоне частот от 1,3 до 16 кГц. При перемещении движка переменного резистора R8 с участка R8-2 снижается усиление на высших частотах. При R8-2=0 конденсатор С6 вместе с резистором R14 образуют RС-фильтр нижних частот, включенный на выходе предварительного усилителя. При увеличении сопротивления резистора R8-2-1 на участок R8-2 усиление на высших частотах увеличивается.

Подъем и снижение усиления в области низших частот достигается при помощи последовательного резонансного контура L1C5 добротностью Q ≈ 1, настроенного на частоту 20 - 30 Гц. Подъем усиления обеспечивается в том случае, если движок переменного резистора находится на участке R7-1 резистора R7, а снижение - на участке R7-2 того же резистора. При R7-2-0 резистор R14 и катушка L1 образуют фильтр верхних частот.

Необходимо отметить, что при таком способе регулировки усиления на высших и низших звуковых частотах выходное сопротивление предварительного усилителя практически не изменяется во всем рабочем диапазоне и не зависит от величины подъема усиления на краях диапазона, что важно для согласования предварительного усилителя НЧ с оконечным, Однако, поскольку величина входного сопротивления транзистора Т2 уменьшается на низших и высших частотах пропорционально величине подъема усиления, для сохранения его постоянства во всем рабочем диапазоне частот базу транзистора пришлось подключить к выходу эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе Т1. Транзисторы Т1 и Т2 включены по схеме составного транзистора. Входное сопротивление эмиттерного повторителя около 300-500 кОм.

Оконечный усилитель содержит четыре каскада усиления. Первый и второй каскады (транзисторы Т4 и Т5 соответственно) работают в режиме усиления напряжения, а третий и четвертый каскады (транзисторы Т6-Т9) - в режиме усиления тока.

Схема оконечного блока усилителя НЧ имеет некоторые отличия от стандартной схемы бестрансформаторного усилителя НЧ. Из-за введения более глубокой общей отрицательной обратной связи по переменному току в усилитель пришлось ввести конденсаторы СП, С14 и С15, с помощью которых обеспечивается его устойчивая работа за пределами высокочастотной части рабочего диапазона.

Для получения максимально возможного к.п.д. усилителя при одном напряжении источника питания в цепи эмиттера транзистора Т5 отсутствует сопротивление местной последовательной обратной связи.

Для стабилизации тока покоя транзисторов Т6 - Т8 в цепь коллектора транзистора Т5 включено два последовательно соединенных диода: кремниевый и германиевый. На схеме они показаны одним диодом Д1. Необходимо, чтобы эти диоды имели тепловой контакт с радиаторами транзистора Т8 или Т9. Функции кремниевого диода выполняет переход коллектор-база транзистора КТ315А (можно использовать и другие кремниевые транзисторы, например МП116, МП113). В качестве германиевого применен диод ДЗПА, его также можно заменить любым сплавным транзистором. При необходимости более точной подгонки тока покоя транзисторов Т6-Т9 германиевый диод можно зашунтировать резистором сопротивлением в несколько сотеном. В оконечном каскаде усилителя используются сравнительно маломощные кремниевые транзисторы КТ801Б, которые значительно облегчают режим работы предоконечных транзисторов Т6 и Т7, поскольку обладают достаточно большим коэффициентом усиления по току В ст = 10-30 при токе покоя 20-50 мА. Транзисторы КТ805 или аналогичные им применять нецелесообразно, так как при токе до 100 мА они имеют В ст =2-3, что требует значительного тока коллектора 20-40 мА от предоконечных транзисторов, а это оправдано только в усилителях мощностью выше 25- 30 Вт.

При напряжении питания 27 В сопротивление звуковой катушки громкоговорителя должно быть равно 6 Ом. При уменьшении или увеличении этого сопротивления для получения выходной мощности 10 Вт напряжение источника питания должно быть соответственно изменено. Однако увеличивать его более 30- 33 В нецелесообразно, поскольку примененные в усилителе элементы на это не рассчитаны. Усилитель хорошо работает при пониженном напряжении 16-20 В, отдавая в нагрузку 4-7 Вт.

Блок питания состоит из понижающего трансформатора Tpl, выпрямителя на диодах Д4-Д7 и стабилизатора напряжения, собранного на транзисторах Т10-Т13 но компенсационной схеме с защитой от короткого замыкания в нагрузке.

Рис. 3. Конструкция переделанного резистора: 1 - оставшаяся часть проводящего слоя; 2 - участки с удаленным проводящим слоем; 3 - вырез в подкове из гетинакса, на которую нанесен проводящий слой; 4 и 6 - лепестки, соединенные с концами проводящего слоя; 5 - лепесток, соединенный со скользящим контактом

Детали. В усилителе используются резисторы МЛТ-0,125 или УЛМ-0,125. Конденсаторы - МБМ, БМ-2 и К50-6. Катушка L1 намотана на односекционном каркасе, размещена в сердечнике ОБ-20, из феррита 2000НМ зазор 0,15-0,2. Обмотка ее содержит 1500 витков провода ПЭВ-1 0,1. Сопротивление катушки постоянному току 100-120 Ом, индуктивность 0,8- 1,3 Г.

Переменные резисторы R7-1, R7-2 и R8-1, R8-2 изготавливают в соответствии с эскизом, показанным на рис. 3, из переменных резисторов СП-1-A или СП-П-А сопротивлением от 2,4 до 3,3 кОм. При переделке с резисторов снимают защитный экран и ось со скользящим контактом. Лепестки 4 и 6 (рис. 3) подключают к омметру. Острым ножом удаляют края проводящего слоя так, чтобы в средней части он стал уже и равномерно расширялся к концам (участок проводящего слоя, по которому двигается скользящий контакт, удалять нельзя). В этом случае сопротивление переменного резистора должно немного увеличиться. Затем очень мелкой наждачной бумагой начинают стирать оставшуюся часть проводящего слоя от середины в обе стороны на угол до 100°-110° (всего на 200°-220°) так, чтобы проводящий слой в средней части стирался больше, чем у краев. Следует стремиться к тому, чтобы в процессе стирания толщина оставшегося слоя равномерно уменьшалась от концов к середине и не было резких скачков изменения сопротивления при перемещении скользящего контакта. В этом случае подъем усиления в децибелах будет приблизительно пропорционален углу поворота движка переменного резистора.

Стирая проводящий слой, следует постоянно следить за стрелкой омметра, которая будет отклоняться в сторону больших сопротивлений. После того как омметр покажет сопротивление 8-9 кОм, дальнейшее стирание надо прекратить и в средней части подковы из гетинакса, на которую нанесен проводящий слой, вырезать поперечную канавку 3 (см. рис. 3) шириной 3-4 мм и глубиной до 0,5- 1 мм, разрезав на две электрически изолированные части проводящий слой. Затем ось со скользящим контактом устанавливают на место и, вращая ее, убеждаются, что скользящий контакт фиксируется в среднем положении при попадании его пружины в вырезанную канавку 3. Если эта фиксация недостаточно четкая, канавку следует углубить. Затем устанавливают скользящий контакт в среднее положение и, поочередно подключая омметр к контактам 5, 6 и 5, 4 (рис. 3), проверяют сопротивление между ними. Это сопротивление должно быть равно бесконечности.

Далее подключают омметр к контактам 5, 6 переменного резистора, а скользящий контакт из среднего положения смещают на начало проводящего слоя, соединенного с контактом 6. При этом стрелка омметра должна показывать сопротивление около 3 кОм.

Этот участок сопротивления соответствует резистору R7-1. Затем омметр соединяют с контактами 5, 4, скользящий контакт переводят из среднего положения на начало проводящего слоя, соединенного с контактом 4, измеряют сопротивление этого участка и, стирая проводящий слой мелкой наждачной бумагой в соответствии с приведенными выше рекомендациями, доводят сопротивление этого участка до 10 кОм. Участок сопротивления, соединенный с контактом 4, соответствует резистору R7-2. Резисторы R8-1 и R8-2 изготавливаются аналогичным образом.

Силовой трансформатор Тр-1 можно выполнить на любом сердечнике с сечением внутреннего керна не менее 6 см2, например, Ш20Х30. Обмотка I содержит 1270 витков провода ПЭВ 0,27, обмотка II - 930 витков провода ПЭВ 0,2 н обмотка III - 270 витков провода ПЭВ 0,8-0,9.

Налаживание. Налаживание усилителя начинают с проверки выпрямителя. Напряжение 27 В на выходе стабилизатора устанавливают переменным резистором R27. Затем амперметр с пределом измерения 1,5- 2 А включают на выход стабилизатора и убеждаются в отсутствии тока при коротком замыкании выхода стабилизатора амперметром.

Перед включением оконечного блока усилителя к нему подключают эквивалент нагрузки и замыкают накоротко диоды Д1. Резистором R20 устанавливают напряжение 12,5-13 В на коллекторе транзистора Т5. Затем подбирают диоды Д1 так, чтобы потребляемый усилителем ток (при отсутствии сигнала на входе) возрос с 4-5 мА до 40-50 мА.

Режим работы транзистора Т4 устанавливают резистором R15 (см. таблицу режимов работы транзисторов). Далее проверяют отсутствие самовозбуждения усилителя за пределами высокочастотного участка рабочего диапазона и, если оно имеет место, на 20-50% увеличивают емкости конденсаторов СИ, С14 и С15. При выходной мощности 10 Вт ток, потребляемый усилителем от источника питания, должен составлять 0,6 А, а напряжение на входе оконечного блока -1,5- 1,8 В.

Входной блок усилителя НЧ работает сразу после включения. Если индуктивность велика, то емкость конденсатора С5 следует уменьшить до 50 мкФ. Последовательно с резистором R8-1 следует включить резистор сопротивлением 100 Ом.

Описанный усилитель хорошо работает в стереофоническом варианте.

Регуляторы тембров можно спарить механическим путем либо применить ступенчатые регуляторы с использованием переключателей.

В этом случае при малой глубине подъема могут быть получены частотные характеристики с максимумом на частотах 20-30 Гц и 15- 20 кГц. При этом корректирующие цепи должны подключаться к части резистора R6.

Главная » Разработчику » Скачать предварительный усилитель на lm833 с регуляторами вч и нч, баланса и громкости. Регуляторы тембра в ламповых усилителей Регулировка тембра нч вч