Предварительный усилитель нч. Принципиальная схема, чертеж печатной платы предварительного усилителя NATALY

Предусилитель своими руками — рекомендую радиолюбителям схему простого и вместе стем высококачественного мощности звука с встроенным тембр блоком. Преамп построен на базе широко известного двухканального операционного аудио усилителя LM833.

Рабочая область микросхемы реализована по схеме не инвертирующего усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению, а незадействованная область собрана по схеме повторителя, то есть по просту заглушена. Эффективная полоса пропускания данной схемы находится в пределах от 0.6 Гц до 18 кГц. Приблизительный коэффициент усиления находится в диапазоне от 0.9 до 110 исходя от выставленных значений подстроечного резистора.

Сдвоенный операционный усилитель LM833 изначально разрабатывался для применения в высококачественных звуковых устройствах. Таких, например; как пред усилители и фильтры, которые не могут работать без дву-полярного блока питания. Схема данного аппарата способна работать с питающими напряжениями в диапазоне от ±6v до ±18v, при этом коэффициент нелинейных искажений (КНИ) составляет только лишь 0.002%. Пиковое усиление по напряжению ОУ LM833 достигает 112дБ с номинальным током 6мА.

Схема предварительного усилителя

В качестве операционного усилителя можно применять любой другой двух канальный ОУ.

С потребительской точки зрения покупка предварительного усилителя - пустая трата средств. Зачем это нужно, когда существуют полные усилители с богатыми возможностями настроек звучания? Но если вы ищете «тот самый» звук или строите систему и стоите между выбором интегрального усилителя и раздельных блоков, то вот аргументы «за» от известного независимого эксперта Владимира Елбаева.

Предварительный усилитель: сага о системе

«Пред» среда обитания

Меня периодически привлекают для написания статей о самом загадочном «звере» в домашней аудиосистеме. Как правило, СМИ его «притягивают за уши» то к МР3-плееру, то к караоке, то к профессиональной студии звукозаписи. Да, предварительный усилитель может озвучить всё это и многое другое, но набор столь широких возможностей не повод для отметания его амплуа. От всякого предусилителя или AV-процессора мы вправе ждать немедленный эффект, если только у нас есть некий стереоусилитель мощности. Этот эффект ни много ни мало сравним с любовью к подлинному искусству вместо простой привычки потреблять музыку в сжатых форматах. AV-процессоры и хорошие предусилители стоят дорого. Прежде всего потому, что их схемы «превращают» хилый, плоский и писклявый звук с проигрывателей в «живьё», от контрабасных щипков которого мурашки пробегают по коже всякий раз. Предусилитель хорош для раскрепощения слушателя. Словом, этот товар интеллектуален.

Подбирая или обновляя своё аудио, вы непременно наткнётесь на предложение о покупке двух усилительных блоков. Один будет называться предварительным (он же «пред»), другой мощным усилителем (ещё его называют оконечным усилителем), а если они объединены в общем блоке, то это интегральный, или полный, усилитель. В дорогой категории цифровых многоканальных систем встречается AV-процессор (дальше для краткости «проц»). «Пред» наилучшее вложение денег и апгрейд системы.

® " src="http://pics.rbc.ru/img/cnews/2007/08/30/2a.jpg">

AV-процессор Lexicon MC-12B HD сочетает систему коррекции параметров Lexicon LIVE и процесс обработки объемного звука LOGIC 7 ®

С «предом» или «процем» ваша система будет выглядеть так: источник + предусилитель + усилитель + акустика. Источниками могут быть: проигрыватель дисков, проигрыватель винила, транспорт, спутниковый телетюнер, кассетная дека. «Предом» может быть предварительный усилитель либо AV-процессор. Усилитель мощности он и есть усилитель мощности. С акустикой тоже всё понятно. «Пред» в природе встречается чаще, чем можно предположить.

Арсенал Рембо

Благословенны обладатели блочных мини-систем Sharp образца 80-х годов, в которых «пред» выделяется не только красивым «профессиональным» индикатором спектра частот. Поблочная конструкция дала инженеру возможность оптимизировать схему, то есть поднять силу тока (V вольты) и опустить сопротивление (Ohm омы) в «преде». В таком виде стало возможным «кроить» и «красить» сигнал, благополучно удерживая соотношение сигнал/шум выше 100 дБ, а искажения ниже одной целой процента. Практически это обеспечивается специальной калибровкой силового трансформатора под схему «преда».

Конкретно у старых «Шарпов» поражал качественный, драматически выразительный многополосный эквалайзер. Высшее достижение инженеров фирмы JVC «пред» JP-S7 для стереосистемы, оборудован устройством того же калибра. В обоих случаях движки эквалайзеров влияют только на «свою» частоту и не «захватывают» соседние. Но «преды» или AV-процессоры класса Hi-End могут не иметь регулировок тембра вообще и при этом формировать не менее детальный, выразительный, динамичный и богатый звук.

«Своё» питание позволяет проработать и коммутацию вторую важную функцию «преда». Предусилитель JVC имеет пользовательскую подстройку сопротивления и ёмкости (pF) на входе для проигрывателя винила плюс «плавающую» чувствительность выхода (V). То и другое плюс встроенный эквалайзер разнообразят возможности пользователя. Впрочем, этого показалось мало инженерам, и они снабдили «пред» функцией полного отключения «наворотов». Это кратчайший путь для получения «неокрашенного» звукового сигнала. Наконец, два гнезда выхода с «преда» можно эффектно использовать для подключения «мощника» с колонками стерео и активного сабвуфера. В общем, когда арсенал велик, как у киногероя Рембо на армейском складе, то «оружие» можно выбрать любое и получить от этого дополнительный кайф.

«Пред»варительные подсказки

Если читатель полагает, что я педалирую тему, то вот: существует генерация интегральных усилителей и даже AV-ресиверов c колоссальной широтой регулировок звука и без утомительных искажений. Но они и их настройка как рулетка. «Интересный» звук закон и свойство любого простейшего «преда», чей «транс» не «обременён» иными функциями. Вот почему в формате стерео укоренились деки и винил, а в цифровых системах транспорты с «сырой» передачей данных на «проц». Чем больше таких «развязок», тем лучше для звука системы, и развязка «преда» от «мощника» последняя и лучшая в этом ряду.

В итоге такой «арсенал» позволяет хозяину «преда» и серьёзной аудиосистемы нейтрализовать огрехи записи и тиражирования дисков, а также и частотные резонансы, свойственные любой комнате. Чтобы не погружаться в физические аспекты, можно уяснить ключевые подсказки:

1. На эквалайзере «преда» центральную частоту по НЧ и по ВЧ лучше отрегулировать максимально близко к 1 кГц, а СЧ «проваливать» на полдецибела.

2. Все цифровые эффекты и реверберации AV-процессора отключить, в настройке неотключаемых режимов Pro Logic и других объёмов вывести тыловые и центральный каналы равнозначно фронтальным по уровню громкости и тембру. Это хорошо слышно на тест-тоне и сообщает звуку в любом режиме его естественную реверберацию.

3. Регулятор звуковой функции (чувствительности или нагрузки) всегда подчиняется правилу: движение слева направо усиливает «звон» и ослабляет «бас». В соотношении с усилителем мощности выход «преда» лучше вывести с максимальным, а вход на «мощнике», соответственно, с минимальным уровнем.

4. Чем ниже выходное сопротивление «преда» и выше входное на «мощнике», тем качественнее и динамичнее будет звук. Впрочем, практических ошибок здесь не бывает бывают противоречивые и запутанные спецификации. Отличную совместимость всегда даёт классическое сочетание предварительного стереоусилителя ламповой конструкции и MOSFET-транзисторного мощника (MOSFET metall-oxyde-semiconductor field effect transistor технология производства транзисторов).

5. Хорошие ламповые AV-процессоры автору не известны, совмещение «проца» с ламповым многоканальным усилителем мощности проблематично, но по многоканальному аналоговому пост-ЦАП-выходу сигнал с проигрывателя DVD можно дать на ламповый «пред», затем на усилитель мощности.

6. Можно подключить к «преду» непосредственно активные колонки, но добиться хорошего звука можно лишь от студийных моделей. Минус: трудоёмкая настройка конфигурации.

«Оркестровая» медь

Не все «преды» класса Hi-End равнозначны, так как иные фирмы недостаточно артистичны, другие не способны преодолеть собственные идеологические ограничения, третьим лучше удаются усилители мощности.

Высоковата цена, но пленяет специфический «окрас» у Marantz. Как Фрэнк Синатра некогда основал рекорд-компанию на базе звучания биг-бэнда и свинга так и новый «стереопред» Marantz SC-7S2 импонирует сияющей медью оркестра, эффектно оттенённой контрабасом и ударными. Недаром модель восходит к прототипу той же эпохи 1958 года выпуска. На ряде функций фирма сегодня сэкономила, так как на самом деле ценные материалы и высокоточное производство с тех пор подорожали. Спасибо, оставили хоть качество звука. Это уже вторая модификация «легенды», оборудованная под требования нынешнего поколения цифровых носителей.

Четыре чипа Wolfson составляют «прозаичный» регулятор громкости и позволяют протянуть диапазон частот до 150 кГц, авторские модули HDAM японского инженера Кена Ишивата занимаются звуком в выходной части схемы, балансная с обратной связью схема получает чистое питание от «сильного» трансформатора (транса) кольцевой формы.

Фанатам студийного микса, программного обеспечения Steinberg Nuendo и просто записи на болванки «пред» или «проц» предлагают добавленные обработки звука и гибкость конфигурации. Например, эквализованная запись, выбор более высокого битрейта, апсэмплинг (повышение качества звучания CD путём применения технологии повышения частоты квантования данных до 192 кГц). Наличие ЦАПа и АЦП в «проце» позволяет обработать и динамически «расширить», скажем, сигнал с архивного винила или фильтровать шум аналоговой ленты в цифровой форме, после чего превращать в аналог на ЦАПе. Практически студийный ремастеринг старых записей.

«Зеркальные» признаки

Как определить классный «пред» с первого взгляда? Как правило, это балансная конструкция, при которой обе половины стереосхемы выглядят «зеркально» и заканчиваются на задней панели так называемыми XLR-терминалами. Если такими не оборудованы остальные компоненты системы, то вы всё равно будете иметь звук высокого калибра даже с обычных RCA-гнёзд. Ещё признак класса наличие входа для винила с головки МС, которая вдвое слабее ММ по сигналу и вдвое «богемнее» по статусу. Лучшие «преды» обладают секциями внутри корпуса и массивным шасси с медными шляпками болтов по днищу и стенкам.

Отличительные признаки в схеме. Специальная схема по HDCD без комментариев. DSP-процессор цифровых аудиоэффектов чип Cirrus CS 49326 или аналогичный. Далее. ЦАП и АЦП: чипы Cirrus, Wolfson c возможностью апсэмплинга. Благодаря массивному трансформатору и конденсаторам энергии в схеме, эти чипы питаются лучше, чем их «коллеги» в проигрывателе. Тем самым всё аудио на «проце» приобретает естественную протяжённую и плавно спадающую АЧХ. Также важно наличие аудиофильского «прямого» режима с отключением всех «лишних» схем, кроме, может быть, ЦАПа. В «проце» очень важна детальная настройка сабвуфера с выбором частоты LFE-фильтра и его крутизны. Тихий уровень музыки должен передавать басовые партии разборчиво.

Неочевидные признаки. Можно исходить из класса схемы. Класс А означает высокий потребляемый ток и более простую и «прямую» схему доставки сигнала так называемый «быстрый» звук. Класс D свойственен сабвуферным схемам, поскольку задействовано больше деталей, на которых ВЧ-сигнал «теряется». Самый оптимальный для «преда» «средний» класс В или АВ. Изготовители любят хвастать строгим отбором, близкими номиналами деталей в каждом канале (не выше 0,5 дБ), высоким стереоразделением (около 100 дБ), сильноточным (на 75 ампер) трансформатором в схеме питания и низкоимпедансной низкоомной нагрузкой на усилитель мощности. Сюда же относятся динамическая характеристика (0 100 дБ) и частотная характеристика (10 Гц 100 кГц).

Центр управления

Предусилитель, самостоятельный стерео либо входящий в многоканальный AV-процессор, позволяет владельцу регулировать громкость и вкусовой тембр в системе, переключать источники звука, включая винил. «Пред» часто называется центром или контроллером управления, поскольку готовит сигнал для усилителя мощности. Он должен располагаться на виду, тогда как греющийся и тяжелый блок мощника можно отвести на длину кабеля и спрятать (с учетом вентиляции).

Электрическая схема «преда» определяет качество звука в системе больше, чем даже акустика. Эквалайзер и уровни каналов в процессоре способны выстроить умопомрачительно реалистичное стерео, не прибегая к цифровым эффектам DSP или к «прямому» аудиофильскому тракту. Качество и длина проводов, аксессуары важны, но в этом случае не критичны.

Высококачественный предварительный усилитель NATALY

Принципиальная схема, описание, печатная плата

Данный предварительный усилитель служит для тембровой коррекции и тонкомпенсации при регулировании громкости. Возможно использование для подключения наушников.

Для высококачественного тракта, имеющего в своём составе УМЗЧ с нелинейными и интермодуляционными искажениями порядка 0,001% становятся важны и остальные ступени, которые должны позволять полностью реализовать заложенный потенциал. В настоящее время известны много вариантов реализации высоких параметров, в том числе и на ОУ. Причиной разработки своего варианта предварительного усилителя стали следующие факторы:

При сборке предусилителя на ОУ порог его выходного напряжения, а следовательно - перегрузочная способность – целиком определяются напряжением питания ОУ, и в случае питания от +\-15В не может быть выше этого напряжения.
Результаты субъективных экспертиз предусилителей на ОУ в чистом виде (без выходных повторителей) и с таковыми, например, на основе параллельного усилителя – показывают предпочтение слушателей схеме ОУ+повторитель, при практически идентичных параметрах «с точки зрения Кг», это объясняется сужением спектра искажений ОУ при работе на высокоомную нагрузку и работе его выходного каскада без захода в режим АВ, дающий коммутационные искажения, практически ниже уровня чувствительности приборов (Кг ОУ ОРА134, например – 0,00008%), но хорошо заметных при прослушивании. Именно поэтому, а также по ряду других причин слушатели чётко выделяют предусилитель с выходным каскадом на транзисторах.
Известное схемное решение, содержащее интегральный повторитель на основе параллельного усилителя BUF634 довольно дорогостояще (цена буфера не менее 500 руб), хотя внутренняя схема буфера может быть легко реализована на дискрете – за гораздо более вменяемую сумму.
Усилители, в которых ОУ работает в малосигнальном режиме, показывают высокие характеристики, но по результатам прослушиваний проигрывают. Кроме того, они очень критичны к настройке и требуют как минимум, генератора меандра и широкополосного осциллографа. И всё это при явно худших субъективных результатах.

Недостаток выходного напряжения при схеме ПУ (ОУ + буфер) может быть устранён при реализации в буфере усиления по напряжению, а глубокая местная ООС устраняет искажения. Достаточно высокий начальный ток покоя в выходных транзисторах буфера гарантирует его работу без характерных для двухтактных структур в режиме АВ искажений. Наличие всего двукратного усиления напряжения позволяет добиться повышения перегрузочной способности на 6 дБ, а при трёхкратном – эта цифра становится равной 9 дБ. При работе буфера от источника питания +\-30В размах его выходного напряжения получается 58 вольт от пика до пика. Если же буфер запитать от +\-45В – то выходное напряжение от пика до пика может составить порядка 87В. Такой запас благоприятно отразится при прослушивании виниловых дисков, имеющих характерные особенности в виде щелчков от пыли.
Двухкаскадная реализация предварительного усилителя связана с тем, что темброблок вносит ослабление в сигнал до 10…12 дБ. Конечно, можно компенсировать это путём увеличения усиления второго каскада, но, как показывает практика, на темброблок лучше подавать как можно большее напряжение – это увеличивает отношение сигнал\шум. Кроме того, довольно часто встречаются диски, записанные с большим пик-фактором (громкие пики и довольно низкая средняя громкость). Это не недостаток сведения, скорее, наоборот, потому как звукорежиссёры зачастую злоупотребляют компрессором, пытаясь уместить в диапазон компакт-диска все ступени громкости звука. Но нельзя делать вид, что таких записей не существует. Слушатель при этом добавляет громкость. Таким образом, и второй каскад должен обладать не меньшей перегрузочной способностью, кроме того, он должен обладать малым собственным шумом, высоким входным сопротивлением и способностью без искажений пропускать реальный сигнал после темброблока, в котором крайние частоты звукового диапазона идут с наибольшим подъемом. Дополнительным требованием является линейная АЧХ при отключении темброблока, ровная ПХ при тестировании меандром и субъективная незаметность ПУ в тракте.

В качестве темброблока использован хорошо себя зарекомендовавший темброблок Матюшкина. Он имеет 4хступенчатую регулировку НЧ и плавную регулировку ВЧ, а его АЧХ хорошо соответствует слуховому восприятию, во всяком случае, классический мостовой ТБ, (который тоже может быть применён), слушателями оценивается ниже. Реле позволяет при необходимости отключить всякую частотную коррекцию в тракте, уровень выходного сигнала настраивается подстроечным резистором по равенству усиления на частоте 1000 Гц в режиме с ТБ и при обходе.
Регулятор баланса встроен в ООС второго каскада и особенностей не имеет.
Малое напряжение смещения у ОРА134 (в практике автора на выходе второго каскада не более 1 мВ) позволяет исключить переходные конденсаторы в тракте, оставив лишь один – на входе ПУ, потому как неизвестен уровень постоянного напряжения на выходе источника сигнала. И, хотя на выходе второго каскада на схеме указаны конденсаторы 4,7мкФ+2200 пФ – при уровне смещения нуля около милливольта и менее – их можно смело исключить, закоротив. Это положит конец спорам о влиянии конденсаторов в тракте на звук – наиболее радикальным методом.

Расчётные характеристики:

Кг в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц - менее 0,001% (типовое значение порядка 0,0005%)
Номинальное входное напряжение, В 0,775
Перегрузочная способность в режиме обхода темброблока - не менее 20 дБ.
Минимальное сопротивление нагрузки, при котором гарантируется работа выходного каскада в режиме А - при максимальном размахе выходного напряжения "от пика до пика" 58В 1,5 кОм.

При использовании предварительного усилителя только с проигрывателями СД допустимо снижение напряжения питания буфера до +\-15В потому как диапазон выходного напряжения таких источников сигнала заведомо ограничен сверху, на параметрах это не отразится.
Налаживание предварительного усилителя следует начинать с проверки режимов по постоянному току выходных транзисторов буферов. По падению напряжения в цепях их эмиттеров устанавливают ток покоя – для первого каскада около 20 мА, для второго – 20..25 мА. При использовании небольших теплоотводов, которые при +\-30В становятся обязательными – можно, ориентируясь по ситуации с температурой - ток покоя увеличить еще немного.
Подбор тока покоя лучше всего выполнять резисторами в эмиттерах первых двух транзисторов буфера. При малом токе-увеличить сопротивления, при большом – уменьшить. Изменять нужно одинаково оба резистора.
При установленном токе покоя далее ставим регуляторы ТБ в положение, соответствующее максимально плоской АЧХ, и, подав на вход сигнал 1000 Гц с номинальным напряжением 0,775В – замеряем напряжение на выходе второго буфера. Затем включаем режим обхода и подстроечным резистором добиваемся той же амплитуды, что и с ТБ.
На завершающей стадии подключаем регулятор стереобаланса, проверяем на отсутствие разных форм неустойчивости (автор с такой проблемой не столкнулся) и проводим прослушивание. Настройка ТБ Матюшкина хорошо освещена в статье автора и здесь не рассматривается.
Для питания предусилителя рекомендуется стабилизированный источник питания, с независимыми обмотками для ПУ и релейной коммутации. Технически требования к питанию ничего нового не представляют. Основное – малый уровень СЧ и ВЧ шумов, с подавлением по питанию которых ситуация у ОУ известна. Про уровень пульсаций - он не должен превышать 0,5 – 1мВ.

Полный комплект плат состоит из двух каналов ПУ, РТ Матюшкина (одна плата на оба канала) и блока питания. Печатные платы разработаны Владимиром Лепёхиным.

Двухсторонняя печатная плата Предварительного усилителя:

УВЕЛИЧИТЬ

Печатная плата для ТБ Матюшкина с релейным переключением:

УВЕЛИЧИТЬ Схема стабильна.Пульсаций напряжения на выходе не заметно, измерения проводил на осциллографе в режиме 0,01дел./вольт(у моего это минимальный предел).

УВЕЛИЧИТЬ

Результаты измерений:

На ОРА134 (только первое звено из двух), питание - одноступенчатое, +\-15В:

Кни(1 кГц).......................... -98дБ (около 0.0003%)
Ким(50Гц+7кГц).................менее -98дБ (около 0,0003%)

На ОРА132 (оба звена), полная версия, питание двухступенчатое:

Кни (1кГц).......................... -100дБ (около 0,00025%)
Ким (19кГц+20кГц)................... -96дБ (около 0,0003%)

В случае самовозбуждения каскадов на ВЧ следует параллельно резисторам R28, R88 и комплементарным им в другом канале запаять слюдяные корректирующие конденсаторы ёмкостью от 100 до 470пФ. Такое было обнаружено при использовании транзисторов ВС546\ВС556 + 2SA1837\2SC4793.

Во вложениях можно скачать все файлы схем и печатных плат в форматах SPlan 6.0 и SL 5.0 соответственно,

Схема предварительного усилителя с регулятором тембра.

Приветствую, друзья. Ниже в статье представлен проект предварительного усилителя от Максима Васильева, который по сути является переделкой предусилителя Сухова путем перевода схемы со 157 серии микросхем на импорт. Более подробную информацию вы можете найти на КОТЕ и форуме vegalab по запросу "Полный усилитель Васильева". Принципиальная схема:

Для увеличения изображения кликните на картинке.

В схеме применены сдвоенные операционные усилители. Например, можно поставить OPA2134P, TL072 или NE5532, кому как нравится или что из этого на данный момент есть под руками. На следующем рисунке показано расположение выводов микросхем, у вышеуказанных она одинаковая, поэтому независимо от того, какую МС вы примените, в плате никаких изменений вносить не нужно:

О том какие микросхемы звучат лучше мы писать не будем, об этом очень много информации вы сможете найти на радиолюбительских форумах, а их в сети предостаточно.

Питание двух-полярное +/- 12…15 Вольт.

В качестве регуляторов громкости, баланса и тембров применены переменные резисторы группы “А” (импортные), если будете использовать отечественные переменники – выбирайте с группой “В”

Печатная плата выполнена из двухстороннего стеклотекстолита. Верхний слой не травится, он используется в качестве экрана. Размеры платы 70х158 мм.

Внешний вид печатной платы показан на двух следующих рисунках:

На плату добавлен двух-полярный стабилизатор напряжения 2 х 15 Вольт на микросхемах 78L15 и 79L15. Ниже на рисунке показано расположение выводов у транзистора 2N5551:

Принципиальную схему и печатную плату в формате LAY можно скачать по прямой ссылке с нашего сайта. Размер файла архива для скачивания - 0,53 Mb.

– Сосед запарил по батарее стучать. Сделал музыку громче, чтобы его не слышать.
(Из фольклора аудиофилов).

Эпиграф иронический, но аудиофил совсем не обязательно «больной на всю голову» с физиономией Джоша Эрнеста на брифинге по вопросам отношений с РФ, которого «прёт» оттого, что соседи «счастливы». Кто-то хочет слушать серьезную музыку дома как в зале. Качество аппаратуры для этого нужно такое, какое у любителей децибел громкости как таковых просто не помещается там, где у здравомыслящих людей ум, но у последних оный за разум заходит от цен на подходящие усилители (УМЗЧ, усилитель мощности звуковой частоты). А у кого-то попутно возникает желание приобщиться к полезным и увлекательным сферам деятельности – технике воспроизведения звука и вообще электронике. Которые в век цифровых технологий неразрывно связаны и могут стать высокодоходной и престижной профессией. Оптимальный во всех отношениях первый шаг в этом деле – сделать усилитель своими руками: именно УМЗЧ позволяет с начальной подготовкой на базе школьной физики на одном и том же столе пройти путь от простейших конструкций на полвечера (которые, тем не менее, неплохо «поют») до сложнейших агрегатов, через которые с удовольствием сыграет и хорошая рок-группа. Цель данной публикации – осветить первые этапы этого пути для начинающих и, возможно, сообщить кое-что новое опытным.

Простейшие

Итак, для начала попробуем сделать усилитель звука, который просто работает. Чтобы основательно вникнуть в звукотехнику, придется постепенно освоить довольно много теоретического материала и не забывать по мере продвижения обогащать багаж знаний. Но любая «умность» усваивается легче, когда видишь и щупаешь, как она работает «в железе». В этой статье далее тоже без теории не обойдется – в том, что нужно знать поначалу и что возможно пояснить без формул и графиков. А пока достаточно будет умения и пользоваться мультитестером.

Примечание: если вы до сих пор не паяли электронику, учтите – ее компоненты нельзя перегревать! Паяльник – до 40 Вт (лучше 25 Вт), максимально допустимое время пайки без перерыва – 10 с. Паяемый вывод для теплоотвода удерживается в 0,5-3 см от места пайки со стороны корпуса прибора медицинским пинцетом. Кислотные и др. активные флюсы применять нельзя! Припой – ПОС-61.

Слева на рис. – простейший УМЗЧ, «который просто работает». Его можно собрать как на германиевых, так и на кремниевых транзисторах.

На этой крошке удобно осваивать азы наладки УМЗЧ с непосредственными связями между каскадами, дающими наиболее чистый звук:

Перед первым включением питания нагрузку (динамик) отключаем;
Вместо R1 впаиваем цепочку из постоянного резистора на 33 кОм и переменного (потенциометра) на 270 кОм, т.е. первый прим. вчетверо меньшего, а второй прим. вдвое большего номинала против исходного по схеме;
Подаем питание и, вращая движок потенциометра, в точке, обозначенной крестиком, выставляем указанный ток коллектора VT1;
Снимаем питание, выпаиваем временные резисторы и замеряем их общее сопротивление;
В качестве R1 ставим резистор номинала из стандартного ряда, ближайшего к измеренному;
Заменяем R3 на цепочку постоянный 470 Ом + потенциометр 3,3 кОм;
Так же, как по пп. 3-5, в т. а выставляем напряжение, равное половине напряжения питания.

Точка а, откуда снимается сигнал в нагрузку это т. наз. средняя точка усилителя. В УМЗЧ с однополярным питанием в ней выставляют половину его значения, а в УМЗЧ в двухполярным питанием – ноль относительно общего провода. Это называется регулировкой баланса усилителя. В однополярных УМЗЧ с емкостной развязкой нагрузки отключать ее на время наладки не обязательно, но лучше привыкать делать это рефлекторно: разбалансированный 2-полярный усилитель с подключенной нагрузкой способен сжечь свои же мощные и дорогие выходные транзисторы, а то и «новый, хороший» и очень дорогой мощный динамик.

Примечание: компоненты, требующие подбора при наладке устройства в макете, на схемах обозначаются или звездочкой (*), или штрихом-апострофом (‘).

В центре на том же рис. – простой УМЗЧ на транзисторах, развивающий уже мощность до 4-6 Вт на нагрузке 4 Ом. Хотя и работает он, как и предыдущий, в т. наз. классе AB1, не предназначенном для Hi-Fi озвучивания, но, если заменить парой таких усилитель класса D (см. далее) в дешевых китайских компьютерных колонках, их звучание заметно улучшается. Здесь узнаем еще одну хитрость: мощные выходные транзисторы нужно ставить на радиаторы. Компоненты, требующие дополнительного охлаждения, на схемах обводятся пунктиром; правда, далеко не всегда; иногда – с указанием необходимой рассеивающей площади теплоотвода. Наладка этого УМЗЧ – балансировка с помощью R2.

Справа на рис. – еще не монстр на 350 Вт (как был показан в начале статьи), но уже вполне солидный зверюга: простой усилитель на транзисторах мощностью 100 Вт. Музыку через него слушать можно, но не Hi-Fi, класс работы – AB2. Однако для озвучивания площадки для пикника или собрания на открытом воздухе, школьного актового или небольшого торгового зала он вполне пригоден. Любительская рок-группа, имея по такому УМЗЧ на инструмент, может успешно выступать.

В этом УМЗЧ проявляются еще 2 хитрости: во-первых, в очень мощных усилителях каскад раскачки мощного выхода тоже нужно охлаждать, поэтому VT3 ставят на радиатор от 100 кв. см. Для выходных VT4 и VT5 нужны радиаторы от 400 кв. см. Во-вторых, УМЗЧ с двухполярным питанием совсем без нагрузки не балансируются. То один, то другой выходной транзистор уходит в отсечку, а сопряженный в насыщение. Затем, на полном напряжении питания скачки тока при балансировке способны вывести из строя выходные транзисторы. Поэтому для балансировки (R6, догадались?) усилитель запитывают от +/–24 В, а вместо нагрузки включают проволочный резистор 100…200 Ом. Кстати, закорючки в некоторых резисторах на схеме – римские цифры, обозначающие их необходимую мощность рассеяния тепла.

Примечание: источник питания для этого УМЗЧ нужен мощностью от 600 Вт. Конденсаторы сглаживающего фильтра – от 6800 мкФ на 160 В. Параллельно электролитическим конденсаторам ИП включаются керамические по 0,01 мкФ для предотвращения самовозбуждения на ультразвуковых частотах, способного мгновенно сжечь выходные транзисторы.

На полевиках

На след. рис. – еще один вариант достаточно мощного УМЗЧ (30 Вт, а при напряжении питания 35 В – 60 Вт) на мощных полевых транзисторах:

Звук от него уже тянет на требования к Hi-Fi начального уровня (если, разумеется, УМЗЧ работает на соотв. акустические системы, АС). Мощные полевики не требуют большой мощности для раскачки, поэтому и предмощного каскада нет. Еще мощные полевые транзисторы ни при каких неисправностях не сжигают динамики – сами быстрее сгорают. Тоже неприятно, но все-таки дешевле, чем менять дорогую басовую головку громкоговорителя (ГГ). Балансировка и вообще наладка данному УМЗЧ не требуются. Недостаток у него, как у конструкции для начинающих, всего один: мощные полевые транзисторы много дороже биполярных для усилителя с такими же параметрами. Требования к ИП – аналогичные пред. случаю, но мощность его нужна от 450 Вт. Радиаторы – от 200 кв. см.

Примечание: не надо строить мощные УМЗЧ на полевых транзисторах для импульсных источников питания, напр. компьютерных. При попытках «загнать» их в активный режим, необходимый для УМЗЧ, они или просто сгорают, или звук дают слабый, а по качеству «никакой». То же касается мощных высоковольтных биполярных транзисторов, напр. из строчной развертки старых телевизоров.

Сразу вверх

Если вы уже сделали первые шаги, то вполне естественным будет желание построить УМЗЧ класса Hi-Fi, не вдаваясь слишком глубоко в теоретические дебри. Для этого придется расширить приборный парк – нужен осциллограф, генератор звуковых частот (ГЗЧ) и милливольтметр переменного тока с возможностью измерения постоянной составляющей. Прототипом для повторения лучше взять УМЗЧ Е. Гумели, подробно описанный в «Радио» №1 за 1989 г. Для его постройки понадобится немного недорогих доступных компонент, но качество удовлетворяет весьма высоким требованиям: мощность до 60 Вт, полоса 20-20 000 Гц, неравномерность АЧХ 2 дБ, коэффициент нелинейных искажений (КНИ) 0,01%, уровень собственных шумов –86 дБ. Однако наладить усилитель Гумели достаточно сложно; если вы с ним справитесь, можете браться за любой другой. Впрочем, кое-какие из известных ныне обстоятельств намного упрощают налаживание данного УМЗЧ, см. ниже. Имея в виду это и то, что в архивы «Радио» пробраться не всем удается, уместно будет повторить основные моменты.

Схемы простого высококачественного УМЗЧ

Схемы УМЗЧ Гумели и спецификация к ним даны на иллюстрации. Радиаторы выходных транзисторов – от 250 кв. см. для УМЗЧ по рис. 1 и от 150 кв. см. для варианта по рис. 3 (нумерация оригинальная). Транзисторы предвыходного каскада (КТ814/КТ815) устанавливаются на радиаторы, согнутые из алюминиевых пластин 75х35 мм толщиной 3 мм. Заменять КТ814/КТ815 на КТ626/КТ961 не стоит, звук заметно не улучшается, но налаживание серьезно затрудняется.

Этот УМЗЧ очень критичен к электропитанию, топологии монтажа и общей, поэтому налаживать его нужно в конструктивно законченном виде и только со штатным источником питания. При попытке запитать от стабилизированного ИП выходные транзисторы сгорают сразу. Поэтому на рис. даны чертежи оригинальных печатных плат и указания по наладке. К ним можно добавить что, во-первых, если при первом включении заметен «возбуд», с ним борются, меняя индуктивность L1. Во-вторых, выводы устанавливаемых на платы деталей должны быть не длиннее 10 мм. В-третьих, менять топологию монтажа крайне нежелательно, но, если очень надо, на стороне проводников обязательно должен быть рамочный экран (земляная петля, выделена цветом на рис.), а дорожки электропитания должны проходить вне ее.

Примечание: разрывы в дорожках, к которым подключаются базы мощных транзисторов – технологические, для налаживания, после чего запаиваются каплями припоя.

Налаживание данного УМЗЧ много упрощается, а риск столкнуться с «возбудом» в процессе пользования сводится к нулю, если:

Минимизировать межблочный монтаж, поместив платы на радиаторах мощных транзисторов.
Полностью отказаться от разъемов внутри, выполнив весь монтаж только пайкой. Тогда не нужны будут R12, R13 в мощном варианте или R10 R11 в менее мощном (на схемах они пунктирные).
Использовать для внутреннего монтажа аудиопровода из бескислородной меди минимальной длины.

При выполнении этих условий с возбуждением проблем не бывает, а налаживание УМЗЧ сводится к рутинной процедуре, описанной на рис.

Провода для звука

Аудиопровода не досужая выдумка. Необходимость их применения в настоящее время несомненна. В меди с примесью кислорода на гранях кристаллитов металла образуется тончайшая пленочка окисла. Оксиды металлов полупроводники и, если ток в проводе слабый без постоянной составляющей, его форма искажается. По идее, искажения на мириадах кристаллитов должны компенсировать друг друга, но самая малость (похоже, обусловленная квантовыми неопределенностями) остается. Достаточная, чтобы быть замеченной взыскательными слушателями на фоне чистейшего звука современных УМЗЧ.

Производители и торговцы без зазрения совести подсовывают вместо бескислородной обычную электротехническую медь – отличить одну от другой на глаз невозможно. Однако есть сфера применения, где подделка не проходит однозначно: кабель витая пара для компьютерных сетей. Положить сетку с длинными сегментами «леварем», она или вовсе не запустится, или будет постоянно глючить. Дисперсия импульсов, понимаешь ли.

Автор, когда только еще пошли разговоры об аудиопроводах, понял, что, в принципе, это не пустая болтовня, тем более, что бескислородные провода к тому времени уже давно использовались в технике спецназначения, с которой он по роду деятельности был хорошо знаком. Взял тогда и заменил штатный шнур своих наушников ТДС-7 самодельным из «витухи» с гибкими многожильными проводами. Звук, на слух, стабильно улучшился для сквозных аналоговых треков, т.е. на пути от студийного микрофона до диска нигде не подвергавшихся оцифровке. Особенно ярко зазвучали записи на виниле, сделанные по технологии DMM (Direct Meta lMastering, непосредственное нанесение металла). После этого межблочный монтаж всего домашнего аудио был переделан на «витушный». Тогда улучшение звучания стали отмечать и совершенно случайные люди, к музыке равнодушные и заранее не предуведомленные.

Как сделать межблочные провода из витой пары, см. след. видео.

Видео: межблочные провода из витой пары своими руками

К сожалению, гибкая «витуха» скоро исчезла из продажи – плохо держалась в обжимаемых разъемах. Однако, к сведению читателей, только из бескислородной меди делается гибкий «военный» провод МГТФ и МГТФЭ (экранированный). Подделка невозможна, т.к. на обычной меди ленточная фторопластовая изоляция довольно быстро расползается. МГТФ сейчас есть в широкой продаже и стоит много дешевле фирменных, с гарантией, аудиопроводов. Недостаток у него один: его невозможно выполнить расцвеченным, но это можно исправить бирками. Есть также и бескислородные обмоточные провода, см. далее.

Теоретическая интермедия

Как видим, уже на первых порах освоения звукотехники нам пришлось столкнуться с понятием Hi-Fi (High Fidelity), высокая верность воспроизведения звука. Hi-Fi бывают разных уровней, которые ранжируются по след. основным параметрам:

Полосе воспроизводимых частот.
Динамическому диапазону – отношению в децибелах (дБ) максимальной (пиковой) выходной мощности к уровню собственных шумов.
Уровню собственных шумов в дБ.
Коэффициенту нелинейных искажений (КНИ) на номинальной (долговременной) выходной мощности. КНИ на пиковой мощности принимается 1% или 2% в зависимости от методики измерений.
Неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе воспроизводимых частот. Для АС – отдельно на низких (НЧ, 20-300 Гц), средних (СЧ, 300-5000 Гц) и высоких (ВЧ, 5000-20 000 Гц) звуковых частотах.

Примечание: отношение абсолютных уровней каких-либо величин I в (дБ) определяется как P(дБ) = 20lg(I1/I2). Если I1

Все тонкости и нюансы Hi-Fi нужно знать, занимаясь проектированием и постройкой АС, а что касается самодельного Hi-Fi УМЗЧ для дома, то, прежде чем переходить к таким, нужно четко уяснить себе требования к их мощности, необходимой для озвучивания данного помещения, динамическому диапазону (динамике), уровню собственных шумов и КНИ. Добиться от УМЗЧ полосы частот 20-20 000 Гц с завалом на краях по 3 дБ и неравномерностью АЧХ на СЧ в 2 дБ на современной элементной базе не составляет больших сложностей.

Громкость

Мощность УМЗЧ не самоцель, она должна обеспечивать оптимальную громкость воспроизведения звука в данном помещении. Определить ее можно по кривым равной громкости, см. рис. Естественных шумов в жилых помещениях тише 20 дБ не бывает; 20 дБ это лесная глушь в полный штиль. Уровень громкости в 20 дБ относительно порога слышимости это порог внятности – шепот разобрать еще можно, но музыка воспринимается только как факт ее наличия. Опытный музыкант может определить, какой инструмент играет, но что именно – нет.

40 дБ – нормальный шум хорошо изолированной городской квартиры в тихом районе или загородного дома – представляет порог разборчивости. Музыку от порога внятности до порога разборчивости можно слушать при наличии глубокой коррекции АЧХ, прежде всего по басам. Для этого в современные УМЗЧ вводят функцию MUTE (приглушка, мутирование, не мутация!), включающую соотв. корректирующие цепи в УМЗЧ.

90 дБ – уровень громкости симфонического оркестра в очень хорошем концертном зале. 110 дБ может выдать оркестр расширенного состава в зале с уникальной акустикой, каких в мире не более 10, это порог восприятия: звуки громче воспринимаются еще как различимый по смыслу с усилием воли, но уже раздражающий шум. Зона громкости в жилых помещениях 20-110 дБ составляет зону полной слышимости, а 40-90 дБ – зону наилучшей слышимости, в которой неподготовленные и неискушенные слушатели вполне воспринимают смысл звука. Если, конечно, он в нем есть.

Мощность

Расчет мощности аппаратуры по заданной громкости в зоне прослушивания едва ли не основная и самая трудная задача электроакустики. Для себя в условиях лучше идти от акустических систем (АС): рассчитать их мощность по упрощенной методике, и принять номинальную (долговременную) мощность УМЗЧ равной пиковой (музыкальной) АС. В таком случае УМЗЧ не добавит заметно своих искажений к таковым АС, они и так основной источник нелинейности в звуковом тракте. Но и делать УМЗЧ слишком мощным не следует: в таком случае уровень его собственных шумов может оказаться выше порога слышимости, т.к. считается он от уровня напряжения выходного сигнала на максимальной мощности. Если считать совсем уж просто, то для комнаты обычной квартиры или дома и АС с нормальной характеристической чувствительностью (звуковой отдачей) можно принять след. значения оптимальной мощности УМЗЧ:

До 8 кв. м – 15-20 Вт.
8-12 кв. м – 20-30 Вт.
12-26 кв. м – 30-50 Вт.
26-50 кв. м – 50-60 Вт.
50-70 кв. м – 60-100 Вт.
70-100 кв. м – 100-150 Вт.
100-120 кв. м – 150-200 Вт.
Более 120 кв. м – определяется расчетом по данным акустических измерений на месте.

Динамика

Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:

Симфоническая музыка и джаз с симфоническим сопровождением – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) идеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) приемлемо. Звук с динамикой 80-85 дБ в городской квартире не отличит от идеального никакой эксперт.
Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
Попса любого рода и саундтреки к фильмам – 66 дБ за глаза хватит, т.к. данные опусы уже при записи сжимаются по уровням до 66 дБ и даже до 40 дБ, чтобы можно было слушать на чем угодно.

Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.

КНИ

Нелинейные искажения (НИ) УМЗЧ это составляющие спектра выходного сигнала, которых не было во входном. Теоретически НИ лучше всего «затолкать» под уровень собственных шумов, но технически это очень трудно реализуемо. На практике берут в расчет т. наз. эффект маскировки: на уровнях громкости ниже прим. 30 дБ диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот сужается, как и способность различать звуки по частоте. Музыканты слышат ноты, но оценить тембр звука затрудняются. У людей без музыкального слуха эффект маскировки наблюдается уже на 45-40 дБ громкости. Поэтому УМЗЧ с КНИ 0,1% (–60 дБ от уровня громкости в 110 дБ) оценит как Hi-Fi рядовой слушатель, а с КНИ 0,01% (–80 дБ) можно считать не искажающим звук.

Лампы

Последнее утверждение, возможно, вызовет неприятие, вплоть до яростного, у адептов ламповой схемотехники: мол, настоящий звук дают только лампы, причем не просто какие-то, а отдельные типы октальных. Успокойтесь, господа – особенный ламповый звук не фикция. Причина – принципиально различные спектры искажений у электронных ламп и транзисторов. Которые, в свою очередь, обусловлены тем, что в лампе поток электронов движется в вакууме и квантовые эффекты в ней не проявляются. Транзистор же прибор квантовый, там неосновные носители заряда (электроны и дырки) движутся в кристалле, что без квантовых эффектов вообще невозможно. Поэтому спектр ламповых искажений короткий и чистый: в нем четко прослеживаются только гармоники до 3-й – 4-й, а комбинационных составляющих (сумм и разностей частот входного сигнала и их гармоник) очень мало. Поэтому во времена вакуумной схемотехники КНИ называли коэффициентом гармоник (КГ). У транзисторов же спектр искажений (если они измеримы, оговорка случайная, см. ниже) прослеживается вплоть до 15-й и более высоких компонент, и комбинационных частот в нем хоть отбавляй.

На первых порах твердотельной электроники конструкторы транзисторных УМЗЧ брали для них привычный «ламповый» КНИ в 1-2%; звук с ламповым спектром искажений такой величины рядовыми слушателями воспринимается как чистый. Между прочим, и самого понятия Hi-Fiтогда еще не было. Оказалось – звучат тускло и глухо. В процессе развития транзисторной техники и выработалось понимание, что такое Hi-Fi и что для него нужно.

В настоящее время болезни роста транзисторной техники успешно преодолены и побочные частоты на выходе хорошего УМЗЧ с трудом улавливаются специальными методами измерений. А ламповую схемотехнику можно считать перешедшей в разряд искусства. Его основа может быть любой, почему же электронике туда нельзя? Тут уместна будет аналогия с фотографией. Никто не сможет отрицать, что современная цифрозеркалка дает картинку неизмеримо более четкую, подробную, глубокую по диапазону яркостей и цвета, чем фанерный ящичек с гармошкой. Но кто-то крутейшим Никоном «клацает фотки» типа «это мой жирный кошак нажрался как гад и дрыхнет раскинув лапы», а кто-то Сменой-8М на свемовскую ч/б пленку делает снимок, перед которым на престижной выставке толпится народ.

Примечание: и еще раз успокойтесь – не все так плохо. На сегодня у ламповых УМЗЧ малой мощности осталось по крайней мере одно применение, и не последней важности, для которого они технически необходимы.

Опытный стенд

Многие любители аудио, едва научившись паять, тут же «уходят в лампы». Это ни в коем случае не заслуживает порицания, наоборот. Интерес к истокам всегда оправдан и полезен, а электроника стала таковой на лампах. Первые ЭВМ были ламповыми, и бортовая электронная аппаратура первых космических аппаратов была тоже ламповой: транзисторы тогда уже были, но не выдерживали внеземной радиации. Между прочим, тогда под строжайшим секретом создавались и ламповые… микросхемы! На микролампах с холодным катодом. Единственное известное упоминание о них в открытых источниках есть в редкой книге Митрофанова и Пикерсгиля «Современные приемно-усилительные лампы».

Но хватит лирики, к делу. Для любителей повозиться с лампами на рис. – схема стендового лампового УМЗЧ, предназначенного именно для экспериментов: SA1 переключается режим работы выходной лампы, а SA2 – напряжение питания. Схема хорошо известна в РФ, небольшая доработка коснулась только выходного трансформатора: теперь можно не только «гонять» в разных режимах родную 6П7С, но и подбирать для других ламп коэффициент включения экранной сетки в ульралинейном режиме; для подавляющего большинства выходных пентодов и лучевых тетродов он или 0,22-0,25, или 0,42-0,45. Об изготовлении выходного трансформатора см. ниже.

Гитаристам и рокерам

Это тот самый случай, когда без ламп не обойтись. Как известно, электрогитара стала полноценным солирующим инструментом после того, как предварительно усиленный сигнал со звукоснимателя стали пропускать через специальную приставку – фьюзер – преднамеренно искажающую его спектр. Без этого звук струны был слишком резким и коротким, т.к. электромагнитный звукосниматель реагирует только на моды ее механических колебаний в плоскости деки инструмента.

Вскоре выявилось неприятное обстоятельство: звучание электрогитары с фьюзером обретает полную силу и яркость только на больших громкостях. Особенно это проявляется для гитар со звукоснимателем типа хамбакер, дающим самый «злой» звук. А как быть начинающему, вынужденному репетировать дома? Не идти же в зал выступать, не зная точно, как там зазвучит инструмент. И просто любителям рока хочется слушать любимые вещи в полном соку, а рокеры народ в общем-то приличный и неконфликтный. По крайней мере те, кого интересует именно рок-музыка, а не антураж с эпатажем.

Так вот, оказалось, что роковый звук появляется на уровнях громкости, приемлемых для жилых помещений, если УМЗЧ ламповый. Причина – специфическое взаимодействие спектра сигнала с фьюзера с чистым и коротким спектром ламповых гармоник. Тут снова уместна аналогия: ч/б фото может быть намного выразительнее цветного, т.к. оставляет для просмотра только контур и свет.

Тем, кому ламповый усилитель нужен не для экспериментов, а в силу технической необходимости, долго осваивать тонкости ламповой электроники недосуг, они другим увлечены. УМЗЧ в таком случае лучше делать бестрансформаторный. Точнее – с однотактным согласующим выходным трансформатором, работающим без постоянного подмагничивания. Такой подход намного упрощает и ускоряет изготовление самого сложного и ответственного узла лампового УМЗЧ.

“Бестрансформаторный” ламповый выходной каскад УМЗЧ и предварительные усилители к нему

Справа на рис. дана схема бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ, а слева – варианты предварительного усилителя для него. Вверху – с регулятором тембра по классической схеме Баксандала, обеспечивающей достаточно глубокую регулировку, но вносящей небольшие фазовые искажения в сигнал, что может быть существенно при работе УМЗЧ на 2-полосную АС. Внизу – предусилитель с регулировкой тембра попроще, не искажающей сигнал.

Но вернемся к «оконечнику». В ряде зарубежных источников данная схема считается откровением, однако идентичная ей, за исключением емкости электролитических конденсаторов, обнаруживается в советском «Справочнике радиолюбителя» 1966 г. Толстенная книжища на 1060 страниц. Не было тогда интернета и баз данных на дисках.

Там же, справа на рис., коротко, но ясно описаны недостатки этой схемы. Усовершенствованная, из того же источника, дана на след. рис. справа. В ней экранная сетка Л2 запитана от средней точки анодного выпрямителя (анодная обмотка силового трансформатора симметричная), а экранная сетка Л1 через нагрузку. Если вместо высокоомных динамиков включить согласующий трансформатор с обычным динамиков, как в пред. схеме, выходная мощность составить ок. 12 Вт, т.к. активное сопротивление первичной обмотки трансформатора много меньше 800 Ом. КНИ этого оконечного каскада с трансформаторным выходом – прим. 0,5%

Как сделать трансформатор?

Главные враги качества мощного сигнального НЧ (звукового) трансформатора – магнитное поле рассеяния, силовые линии которого замыкаются, обходя магнитопровод (сердечник), вихревые токи в магнитопроводе (токи Фуко) и, в меньшей степени – магнитострикция в сердечнике. Из-за этого явления небрежно собранный трансформатор «поет», гудит или пищит. С токами Фуко борются, уменьшая толщину пластин магнитопровода и дополнительно изолируя их лаком при сборке. Для выходных трансформаторов оптимальная толщина пластин – 0,15 мм, максимально допустимая – 0,25 мм. Брать для выходного трансформатора пластины тоньше не следует: коэффициент заполнения керна (центрального стержня магнитопровода) сталью упадет, сечение магнитопровода для получения заданной мощности придется увеличить, отчего искажения и потери в нем только возрастут.

В сердечнике звукового трансформатора, работающего с постоянным подмагничиванием (напр., анодным током однотактного выходного каскада) должен быть небольшой (определяется расчетом) немагнитный зазор. Наличие немагнитного зазора, с одной стороны, уменьшает искажения сигнала от постоянного подмагничивания; с другой – в магнитопроводе обычного типа увеличивает поле рассеяния и требует сердечника большего сечения. Поэтому немагнитный зазор нужно рассчитывать на оптимум и выполнять как можно точнее.

Для трансформаторов, работающих с подмагничиванием, оптимальный тип сердечника – из пластин Шп (просеченных), поз. 1 на рис. В них немагнитный зазор образуется при просечке керна и потому стабилен; его величина указывается в паспорте на пластины или замеряется набором щупов. Поле рассеяния минимально, т.к. боковые ветви, через которые замыкается магнитный поток, цельные. Из пластин Шп часто собирают и сердечники трансформаторов без подмагничивания, т.к. пластины Шп делают из высококачественной трансформаторной стали. В таком случае сердечник собирают вперекрышку (пластины кладут просечкой то в одну, то в другую сторону), а его сечение увеличивают на 10% против расчетного.

Трансформаторы без подмагничивания лучше мотать на сердечниках УШ (уменьшенной высоты с уширенными окнами), поз. 2. В них уменьшение поля рассеяния достигается за счет уменьшения длины магнитного пути. Поскольку пластины УШ доступнее Шп, из них часто набирают и сердечники трансформаторов с подмагничиванием. Тогда сборку сердечника ведут внакрой: собирают пакет из Ш-пластин, кладут полоску непроводящего немагнитного материала толщиной в величину немагнитного зазора, накрывают ярмом из пакета перемычек и стягивают все вместе обоймой.

Примечание: «звуковые» сигнальные магнитопроводы типа ШЛМ для выходных трансформаторов высококачественных ламповых усилителей мало пригодны, у них большое поле рассеяния.

На поз. 3 дана схема размеров сердечника для расчета трансформатора, на поз. 4 конструкция каркаса обмоток, а на поз. 5 – выкройки его деталей. Что до трансформатора для «бестрансформаторного» выходного каскада, то его лучше делать на ШЛМме вперекрышку, т.к. подмагничивание ничтожно мало (ток подмагничивания равен току экранной сетки). Главная задача тут – сделать обмотки как можно компактнее с целью уменьшения поля рассеяния; их активное сопротивление все равно получится много меньше 800 Ом. Чем больше свободного места останется в окнах, тем лучше получился трансформатор. Поэтому обмотки мотают виток к витку (если нет намоточного станка, это маета ужасная) из как можно более тонкого провода, коэффициент укладки анодной обмотки для механического расчета трансформатора берут 0,6. Обмоточный провод – марок ПЭТВ или ПЭММ, у них жила бескислородная. ПЭТВ-2 или ПЭММ-2 брать не надо, у них от двойной лакировки увеличенный наружный диаметр и поле рассеяния будет больше. Первичную обмотку мотают первой, т.к. именно ее поле рассеяния больше всего влияет на звук.

Железо для этого трансформатора нужно искать с отверстиями в углах пластин и стяжными скобами (см. рис. справа), т.к. «для полного счастья» сборка магнитопровода производится в след. порядке (разумеется, обмотки с выводами и наружной изоляцией должны быть уже на каркасе):

Готовят разбавленный вдвое акриловый лак или, по старинке, шеллак;
Пластины с перемычками быстро покрывают лаком с одной стороны и как можно быстрее, не придавливая сильно, вкладывают в каркас. Первую пластину кладут лакированной стороной внутрь, следующую – нелакированной стороной к лакированной первой и т.д;
Когда окно каркаса заполнится, накладывают скобы и туго стягивают болтами;
Через 1-3 мин, когда выдавливание лака из зазоров видимо прекратится, добавляют пластин снова до заполнения окна;
Повторяют пп. 2-4, пока окно не будет туго набито сталью;
Снова туго стягивают сердечник и сушат на батарее и т.п. 3-5 суток.

Собранный по такой технологии сердечник имеет очень хорошие изоляцию пластин и заполнение сталью. Потерь на магнитострикцию вообще не обнаруживается. Но учтите – для сердечников их пермаллоя данная методика неприменима, т.к. от сильных механических воздействий магнитные свойства пермаллоя необратимо ухудшаются!

На микросхемах

УМЗЧ на интегральных микросхемах (ИМС) делают чаще всего те, кого устраивает качество звука до среднего Hi-Fi, но более привлекает дешевизна, быстрота, простота сборки и полное отсутствие каких-либо наладочных процедур, требующих специальных знаний. Попросту, усилитель на микросхемах – оптимальный вариант для «чайников». Классика жанра здесь – УМЗЧ на ИМС TDA2004, стоящей на серии, дай бог памяти, уже лет 20, слева на рис. Мощность – до 12 Вт на канал, напряжение питания – 3-18 В однополярное. Площадь радиатора – от 200 кв. см. для максимальной мощности. Достоинство – способность работать на очень низкоомную, до 1,6 Ом, нагрузку, что позволяет снимать полную мощность при питании от бортовой сети 12 В, а 7-8 Вт – при 6-вольтовом питании, напр., на мотоцикле. Однако выход TDA2004 в классе В некомплементарный (на транзисторах одинаковой проводимости), поэтому звучок точно не Hi-Fi: КНИ 1%, динамика 45 дБ.

Более современная TDA7261 звук дает не лучше, но мощнее, до 25 Вт, т.к. верхний предел напряжения питания увеличен до 25 В. Нижний, 4,5 В, все еще позволяет запитываться от 6 В бортсети, т.е. TDA7261 можно запускать практически от всех бортсетей, кроме самолетной 27 В. С помощью навесных компонент (обвязки, справа на рис.) TDA7261 может работать в режиме мутирования и с функцией St-By (Stand By, ждать), переводящей УМЗЧ в режим минимального энергопотребления при отсутствии входного сигнала в течение определенного времени. Удобства стоят денег, поэтому для стерео нужна будет пара TDA7261 с радиаторами от 250 кв. см. для каждой.

Примечание: если вас чем-то привлекают усилители с функцией St-By, учтите – ждать от них динамики шире 66 дБ не стоит.

«Сверхэкономична» по питанию TDA7482, слева на рис., работающая в т. наз. классе D. Такие УМЗЧ иногда называют цифровыми усилителями, что неверно. Для настоящей оцифровки с аналогового сигнала снимают отсчеты уровня с частотой квантования, не мене чем вдвое большей наивысшей из воспроизводимых частот, величина каждого отсчета записывается помехоустойчивым кодом и сохраняется для дальнейшего использования. УМЗЧ класса D – импульсные. В них аналог непосредственно преобразуется в последовательность широтно-модулированных импульсов (ШИМ) высокой частоты, которая и подается на динамик через фильтр низких частот (ФНЧ).

Звук класса D с Hi-Fi не имеет ничего общего: КНИ в 2% и динамика в 55 дБ для УМЗЧ класса D считаются очень хорошими показателями. И TDA7482 здесь, надо сказать, выбор не оптимальный: другие фирмы, специализирующиеся на классе D, выпускают ИМС УМЗЧ дешевле и требующие меньшей обвязки, напр., D-УМЗЧ серии Paxx, справа на рис.

Из TDAшек следует отметить 4-канальную TDA7385, см. рис., на которой можно собрать хороший усилитель для колонок до среднего Hi-Fi включительно, с разделением частот на 2 полосы или для системы с сабвуфером. Расфильтровка НЧ и СЧ-ВЧ в том и другом случае делается по входу на слабом сигнале, что упрощает конструкцию фильтров и позволяет глубже разделить полосы. А если акустика сабвуферная, то 2 канала TDA7385 можно выделить под суб-УНЧ мостовой схемы (см. ниже), а остальные 2 задействовать для СЧ-ВЧ.

УМЗЧ для сабвуфера

Сабвуфер, что можно перевести как «подбасовик» или, дословно, «подгавкиватель» воспроизводит частоты до 150-200 Гц, в этом диапазоне человеческие уши практически не способны определить направление на источник звука. В АС с сабвуфером «подбасовый» динамик ставят в отельное акустическое оформление, это и есть сабвуфер как таковой. Сабвуфер размещают, в принципе, как удобнее, а стереоэффект обеспечивается отдельными СЧ-ВЧ каналами со своими малогабаритными АС, к акустическому оформлению которых особо серьезных требований не предъявляется. Знатоки сходятся на том, что стерео лучше все же слушать с полным разделением каналов, но сабвуферные системы существенно экономят средства или труд на басовый тракт и облегчают размещение акустики в малогабаритных помещениях, почему и пользуются популярностью у потребителей с обычным слухом и не особо взыскательных.

«Просачивание» СЧ-ВЧ в сабвуфер, а из него в воздух, сильно портит стерео, но, если резко «обрубить» подбасы, что, кстати, очень сложно и дорого, то возникнет очень неприятный на слух эффект перескока звука. Поэтому расфильтровка каналов в сабвуферных системах производится дважды. На входе электрическими фильтрами выделяются СЧ-ВЧ с басовыми «хвостиками», не перегружающими СЧ-ВЧ тракт, но обеспечивающими плавный переход на подбас. Басы с СЧ «хвостиками» объединяются и подаются на отдельный УМЗЧ для сабвуфера. Дофильтровываются СЧ, чтобы не портилось стерео, в сабвуфере уже акустически: подбасовый динамик, ставят, напр., в перегородку между резонаторными камерами сабвуфера, не выпускающими СЧ наружу, см. справа на рис.

К УМЗЧ для сабвуфера предъявляется ряд специфических требований, из которых «чайники» главным считают возможно большую мощность. Это совершенно неправильно, если, скажем, расчет акустики под комнату дал для одной колонки пиковую мощность W, то мощность сабвуфера нужна 0,8(2W) или 1,6W. Напр., если для комнаты подходят АС S-30, то сабвуфер нужен 1,6х30=48 Вт.

Гораздо важнее обеспечить отсутствие фазовых и переходных искажений: пойдут они – перескок звука обязательно будет. Что касается КНИ, то он допустим до 1% Собственные искажения басов такого уровня не слышны (см. кривые равной громкости), а «хвосты» их спектра в лучше всего слышимой СЧ области не выберутся из сабвуфера наружу.

Во избежание фазовых и переходных искажений усилитель для сабвуфера строят по т. наз. мостовой схеме: выходы 2-х идентичных УМЗЧ включают встречно через динамик; сигналы на входы подаются в противофазе. Отсутствие фазовых и переходных искажений в мостовой схеме обусловлено полной электрической симметрией путей выходного сигнала. Идентичность усилителей, образующих плечи моста, обеспечивается применением спаренных УМЗЧ на ИМС, выполненных на одном кристалле; это, пожалуй, единственный случай, когда усилитель на микросхемах лучше дискретного.

Примечание: мощность мостового УМЗЧ не удваивается, как думают некоторые, она определяется напряжением питания.

Пример схемы мостового УМЗЧ для сабвуфера в комнату до 20 кв. м (без входных фильтров) на ИМС TDA2030 дан на рис. слева. Дополнительная отфильтровка СЧ осуществляется цепями R5C3 и R’5C’3. Площадь радиатора TDA2030 – от 400 кв. см. У мостовых УМЗЧ с открытым выходом есть неприятная особенность: при разбалансе моста в токе нагрузки появляется постоянная составляющая, способная вывести из строя динамик, а схемы защиты на подбасах часто глючат, отключая динамик, когда не надо. Поэтому лучше защитить дорогую НЧ головку «дубово», неполярными батареями электролитических конденсаторов (выделено цветом, а схема одной батареи дана на врезке.

Немного об акустике

Акустическое оформление сабвуфера – особая тема, но раз уж здесь дан чертеж, то нужны и пояснения. Материал корпуса – МДФ 24 мм. Трубы резонаторов – из достаточно прочного не звенящего пластика, напр., полиэтилена. Внутренний диаметр труб – 60 мм, выступы внутрь 113 мм в большой камере и 61 в малой. Под конкретную головку громкоговорителя сабвуфер придется перенастроить по наилучшему басу и, одновременно, по наименьшему влиянию на стереоэффект. Для настройки трубы берут заведомо большей длины и, задвигая-выдвигая, добиваются требуемого звучания. Выступы труб наружу на звук не влияют, их потом отрезают. Настройка труб взаимозависима, так что повозиться придется.

Усилитель для наушников

Усилитель для наушников делают своими руками чаще всего по 2-м причинам. Первая – для слушания «на ходу», т.е. вне дома, когда мощности аудиовыхода плеера или смартфона не хватает для раскачки «пуговок» или «лопухов». Вторая – для высококлассных домашних наушников. Hi-Fi УМЗЧ для обычной жилой комнаты нужен с динамикой до 70-75 дБ, но динамический диапазон лучших современных стереонаушников превышает 100 дБ. Усилитель с такой динамикой стоит дороже некоторых автомобилей, а его мощность будет от 200 Вт в канале, что для обычной квартиры слишком много: прослушивание на сильно заниженной против номинальной мощности портит звук, см. выше. Поэтому имеет смысл сделать маломощный, но с хорошей динамикой отдельный усилитель именно для наушников: цены на бытовые УМЗЧ с таким довеском завышены явно несуразно.

Схема простейшего усилителя для наушников на транзисторах дана на поз. 1 рис. Звук – разве что для китайских «пуговок», работает в классе B. Экономичностью тоже не отличается – 13-мм литиевых батареек хватает на 3-4 часа при полной громкости. На поз. 2 – TDAшная классика для наушников «на ход». Звук, впрочем, дает вполне приличный, до среднего Hi-Fi смотря по параметрам оцифровки трека. Любительским усовершенствованиям обвязки TDA7050 несть числа, но перехода звука на следующий уровень классности пока не добился никто: сама «микруха» не позволяет. TDA7057 (поз. 3) просто функциональнее, можно подключать регулятор громкости на обычном, не сдвоенном, потенциометре.

УМЗЧ для наушников на TDA7350 (поз. 4) рассчитан уже на раскачку хорошей индивидуальной акустики. Именно на этой ИМС собраны усилители для наушников в большинстве бытовых УМЗЧ среднего и высокого класса. УМЗЧ для наушников на KA2206B (поз. 5) считается уже профессиональным: его максимальной мощности в 2,3 Вт хватает и для раскачки таких серьезных изодинамических «лопухов», как ТДС-7 и ТДС-15.