Предварительный усилитель с претензией на hi-end! (часть i)

Конструкция самодельного усилителя

Это, пожалуй, был самый сложный момент в изготовлении, так как подходящего готового корпуса не нашлось и пришлось выдумывать возможные варианты :-)) Чтобы не лепить кучу отдельных радиаторов, решил использовать корпус-радиатор от автомобильного 4-канального усилителя, довольно больших размеров, примерно такой:

Все «внутренности» были, естественно, извлечены и компоновка получилась примерно такой (к сожалению фотографию соответствующую не сделал):

— как видно, в эту крышку-радиатор установились шесть плат оконечных УМЗЧ и плата предварительного усилителя-темброблока. Плата блока фильтров уже не влезла, поэтому была закреплена на добавленной затем конструкции из алюминиевого уголка (её видно на рисунках). Также, в этом «каркасе» были установлены трансформаторы, выпрямители и фильтры блоков питания.

Вид (спереди) со всеми переключателями и регуляторами получился такой:

Вид сзади, с колодками выходов на динамики и блоком предохранителей (поскольку никакие схемы электронной защиты не делались из-за недостатка места в конструкции и чтобы не усложнять схему):

В последующем каркас из уголка предполагается, конечно, закрыть декоративными панелями для придания изделию более «товарного» вида, но делать это будет уже сам «заказчик», по своему личному вкусу. А в целом, по качеству и мощности звучания, конструкция получилась вполне себе приличная. Автор материала: Андрей Барышев (специально для сайта 2shemi.ru).

Блок индикации.

Как и следовало ожидать, большинство распространённых систем индикации, как с большими дисплеями так и на светодиодах, Дуглас Селф счёл малоинформативными и разработал свою систему, которая довольно просто (всего с помощью одного светодиода), но наглядно (по мнению Дугласа) показывает уровень сигнала усилителя.

Схема блока индикации представлена на рисунке:

Увеличение по клику

На элементах IC1A с R1, R2, D1 D2 выполнен выпрямитель входного сигнала, каскад на IC1B является прецизионным детектором пикового значения, до которого заряжается конденсатор С2. С него напряжение через буферный каскад на IC2A поступает на логарифмический преобразователь IC2B.

Для сигналов малого уровня коэффициент усиления этого каскада определяется значениями резисторов R6 и R7. При повышении уровня сигнала открывает диод D5, и параллельно резистору R7 подключается резистор R8, за счёт чего происходит снижение коэффициента усиления каскада на IC2B. При дальнейшем увеличении уровня сигнала, аналогично, через диод D6 подключается резистор R9. Такая простая реализация этого узла немного неточно повторяет логарифмическую зависимость, но вполне достаточна для индикации.

Дальше сигнал поступает на компаратор IC5A. Порог срабатывания задаётся резисторами R21 и R22. Так как выход IC5A обеспечивает отрицательный уровень, в схему введён инвертор на IC5B. Светодиод подключается к разъёму K6. Оба стерео канала объединены на входе инвертора, за счёт чего один светодиод даёт информацию о стереосигнале. При нормальном уровне сигнала светодиод должен светиться примерно половину времени.

Блок индикации может подключаться к линейному входу усилителя или к выходам фоно-корректоров. Для этого служат контактные группы реле RE1B и RE1C. Также индикатор может быть выключен с помощью контактных групп RE2B, RE2C.

Схема смонтирована на отдельной печатной плате:

Расположение элементов показано на рисунке:

Увеличение по клику

Список элементов блока индикации:

Резисторы:
(0,25 W; 1 %)
R1…R3,R5,R11…R13,R15 = 20 k
R4,R6,R7,R14,R16,R17 = 10 k
R8,R9,R18,R19 = 1 k
R10,R20 = 100 k
R21 = 910 Ом
R22,R23,R25 = 22 k
R24= 100 Ом
R26,R27 = 220 Ом

Конденсаторы:
C1…C4 = 2,2 мкФ/100 V, 20 %
C5…C9 = 100 нФ/100 V, 10 %,
C10,C11 = 100 мкФ/25 V, 20 %
C12,C13 = 220 нФ/100 V, 10 %,

Индуктивности:
L1,L2 = 1 mH,  370 mA

Активные элементы:
D1…D14 = 1N4148
T1 =BC557B
IC1…IC4 = NE5532
IC5 = LM339

Разное:
K1…K4,K6 = 2-штыревой разъём с шагом 0,1’’
K5 = 3-штыревой разъём с шагом 0,1’’
K7 = 3-х контактный винтовой разъём с шагом 0,5 mm
RE1,RE2 = реле, 12 V/960 Ом, 2 группы контактов.

Характеристики предусилителя

Особенно заметными недостатки известных ПУЗЧ становятся при совместной работе с современными  высококачественными УМЗЧ, например . При разработке предлагаемого ПУЗЧ учтены перечисленные соображения, вместе с этим желательно достичь максимальной простоты схемы.

Параметры усилителя (рис.3):

 Частота среза fc 300 кГц

 Коэффициент интермодуляционных НИ при 11вых 1 кОм в диапазоне 0,02-20 кГц 

Номинальное Iвх 0,25 В

Максимальное I вых 9В

Уровень шума (R^0) -103 дБ

Взвешенное значение -109 дБА

Выходное сопротивление 

Фазовый угол при f=0,1 …200 кГц 

Минимальное сопротивление нагрузки R 300 Ом.

Печатная плата усилителя

Плата имеет небольшой размер 65 х 85 мм и включает в себя умножитель напряжения и сам ламповый предусилитель. К клеммам 1-2 разъема CON1 подключаем напряжение с трансформатора, а к клеммам 3-4 резистор уменьшения тока накала. Поскольку этот резистор должен иметь большую мощность (3-5 Вт, в зависимости от того, какое напряжение должно быть уменьшено) и сильно нагреваться во время работы, стоит поместить его в место, где он будет лучше охлаждаться. 

Светодиод D6 используется для индикации работы предварительного усилителя, его можно разместить в любом видимом месте. Резистором R9 устанавливаем яркость. Примерное значение 5-10 кОм. Такое большое значение объясняется тем, что на диод подается напряжение от трансформатора 12-18 В. Все резисторы, кроме R10, имеют мощность 0,25 Вт.

Диоды D1-D5 — любые выпрямительные на напряжение выше 100 В

При пайке обращайте внимание на правильное направление подключения диода, как показано на на плате. То же самое следует сделать при пайке электролитических конденсаторов — следите за полярностью

Сигнальные кабели для входа и выхода предусилителя должны быть экранированы, а экран должен быть припаян к земле. Ламповые усилители, благодаря высокому входному сопротивлению, особенно чувствительны к любым ошибкам в подведении массы, они легко возбуждаются. 

Шнуры питания от трансформатора и проводов светодиода D6 должны быть проложены в виде витой пары, то есть в виде скрученных проводов. Это уменьшает распространение электромагнитного излучения этими проводами. 

Для тяжелобольных аудиофилов

В качестве разделительных конденсаторов между каскадами усилителя использованы электролитические неполярные конденсаторы. Тесты и результаты измерений показывают отличные результаты.

Однако, среди безнадёжных аудиофилов бытует мнение, что электролиты — это зло для звука. Они предпочитают плёночные (как вариант полипропиленовые) конденсаторы. Преимущества в звучании обычно связывают с меньшим коэффициентом рассеивания и низкой диэлектрической проницаемостью таких конденсаторов. Но эти параметры важны в высокочастотных и импульсных цепях.

В звуковых устройствах, которые по сути являются низкочастотными, эти свойства заметного влияния не оказывают. Для звуковых устройств хорошие плёночные конденсаторы обычно имеют большой размер, высокую стоимость и ограничение по максимальной ёмкости. Из-за этого возникают трудности при повторении конструкций.

Если наши доводы на вас не подействовали, вы можете при желании и возможности заменить в данной конструкции электролитические конденсаторы на плёночные.

Чтобы конденсаторы имели разумные размеры и их можно было смонтировать на плату без переделки, можно уменьшить их ёмкость с минимальным влиянием на низкочастотную область АЧХ.

Вместо электролитических конденсаторов ёмкостью 2,2мкФ и 47мкФ можно установить плёночные конденсаторы ёмкостью минимум 2,2мкФ, а в цепи регулятора громкости конденсатор ёмкостью 22мкФ можно заменить плёночным ёмкостью не менее 4,7мкФ. При этом сопротивление потенциометра регулятора громкости лучше выбрать не менее 20кОм.

Применение конденсаторов больших габаритов может привести к увеличению уровня шумов и помех.

В заключение немного измерений:

АЧХ предварительного усилителя (Увеличение по клику)

Шумы и искажения предварительного усилителя (Увеличение по клику)

Уровень шумов и искажения предварительного усилителя находится на предельном уровне для используемой измерительной аппаратуры. Так что в действительности он может быть ещё ниже, чем удалось измерить!

Продолжение следует…но нескоро.

Удачного творчества!

Стать подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день» (EPE)
Вольный перевод статьи — Главный редактор «РадиоГазеты».

Solid State Logic Alpha VHD

Более известная как производитель мегакрутых микшерных пультов…

Solid State Logic (SSL) — среди лучших компаний в сфере профессионального звука с момента основания в 1969 году.

В последнее время, когда домашние студии набирают популярность…

Они расширили свою линейку продуктов, включив в неё небольшие устройства, сохранив при этом тот же стандарт качества.

Один из их лучших продуктов — Solid State Logic Alpha VHD, использующий ту же схему предусилителя, что и флагманская консоль Duality.

На первый взгляд, передняя панель выглядит как современная версия API3124+. Но есть одна действительно выдающаяся особенность…

Известная как Variable Harmonic Drive (VHD), позволяющая добавлять гармонический перегруз второго и третьего порядка, а также смешивать их, как вашей душе угодно.

Для тех, кто не знает…

Гармонии второго порядка имеют мягкий “ламповый” дисторшн, а третьего — более жёсткий “транзисторный” звук.

Насколько мне известно, никакой другой предусилитель не имеет такой функции.

Посмотреть текущую цену – (Amazon)

Далее…

Активный регулятор громкости.

Регулятор громкости также реализован по идее Питера Баксандалла, что во-первых позволило получить сверхнизкий уровень шума (особенно на малых громкостях), а во-вторых получить логарифмическую характеристику регулирования при использовании потенциометров с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота. Максимальное усиление составляет +16 дБ, при этом точка 0 дБ получается в среднем положении потенциометра.

Четыре соединённых параллельно усилителя, как отмечалось выше, служат для снижения уровня шума на 6 дБ. Уровень собственных шумов такого регулятора составляет -101 дБ при максимальном усилении и -109 дБ при усилении 0 дБ. На практике регулятор громкости обычно устанавливается в положении -20 дБ, тогда уровень шума составит -115 дБ, который существенно ниже порога слышимости.

Чтобы вы могли оценить качество каждого каскада для них были приведены собственные уровни шумов. Результирующий уровень шума данного предусилителя, как нетрудно догадаться, будет несколько варьироваться в зависимости от положения потенциометров.

Симметричный выход реализован за счёт фазоинвертора на ОУ IC9A и имеет двойную амплитуду сигнала по сравнению с несимметричным. Впрочем, это нормально для профессиональной аудиотехники.

Выбор микрофонного предусилителя

Как выбрать микрофонный предусилитель и на что обратить внимание в первую очередь?

Начнем с того, что главным критерием является, конечно же, звук

Но существует еще несколько факторов, на которые стоит обратить внимание при выборе устройства

Количество входов.

Чем больше каналов, тем больше микрофонов вы можете записывать одновременно. Здесь все элементарно.

Фильтр низких частот

Существуют такие микрофонные предусилители в которых предусмотрен специальный фильтр, задача которого обрезать часоты ниже 20-200 Hz. Эта функция позволяет отсечь всевозможные низкочастотные помехи.

Микрофонный предусилитель с фантомным питанием

Фантомное питание есть практически на всех устройствах данного типа, но не лишним будет убедиться в этом. Фантомное питание необходимо для работы конденсаторных микрофонов.

Интегрированный лимитер/компрессор

В некоторых случаях вариант микрофонного предусилителя со встроенным лимитером для сжатия динамического диапазона будет полезен. Например в случае когда с предусилителя сигнал подается на вход аудиокарты. Лимитер поможет избежать ненужных перегрузок.  Но чаще всего вы просто переплачиваете за эти дополнительные интегрированные устройства.

Индикаторы уровня

Если индикатор перегруза это обязательная составляющая предусилителя, то индикатор уровня нет. Вещь очень полезная и нужная.

Переключатель фазы

Когда вы пишите с нескольких микрофонов, то такой переключатель будет очень полезен для решения фазовых проблем.

Микрофонный предусилитель с эквалайзером

На некоторых моделях мы также можем найти интегрированный эквалайзер. Его задача посылать на вход звуковой карты уже скорректированный по частотам сигнал. Опция достаточно сомнительная, но за нее вы переплачиваете. Подумайте, нужна ли она вам?