Был недавно куплен набор деталей с печатной платой для сборки предварительного усилителя, для завершения реконструкции аналогового раздела моей аудио системы, которая состоит из проигрывателя грампластинок Rega с тонармом RB300 и новым Grado Sonata в корпусе из дерева. Мое возвращение к прослушиванию винила было в некоторой степени неожиданным и для меня самого, сейчас снова всё больше покупаю записанный на виниле рок и классический джаз. В старые времена у меня был встроенный усилитель Harmon Kardon с интегрированным фонокорректором.
Предварительный усилитель на LM833
Конструктор предварительного усилителя состоит из печатной платы и всех компонентов, которые необходимо смонтировать на ней. Всё разложено и упаковано в соответствии с технологией сборки. К этому необходимо будет добавить подходящий корпус и блок питания. Печатная плата имеет несколько различных вариантов комплектации, выбирайте исходя из ваших потребностей. Существуют комплектации: RIAA, DECCA, EMI LP, NARTB и Колумбии. Для себя выбрал RIAA и DECCA.
Схема усилителя включает в себя две интегральные микросхема LM833 которые являются малошумящими двухканальными операционными усилителями, изготовленными по биполярной технологии. Микросхема специально предназначена для использования в схемах высококачественных звуковых предварительных усилителей и фильтров, которым необходим двухполярный источник питания и некоторое количество указанных на схеме деталей в качестве обвязки.
Сборка платы занимает не более полутора - двух часов. Начал сборку с установки мелких деталей, резисторов и неполярных конденсаторов. Затем поставил все электролитические конденсаторы. Следующими были переменный резистор (регулятор громкости), разъёмы, разделительный экран (отделяющий выпрямитель питания от усилителя) и светодиод.
Микросхемы и стабилизаторы напряжения были запаяны в последнюю очередь. Также добавил конденсаторы ёмкостью 0,1 мкФ на выходе фильтра питания, чтобы уменьшить помехи. Светодиод используется в качестве индикатора подачи питания.
Корпус предварительного усилителя
Корпус для был подобран из толстого пластика. Пластик хорошо поддаётся механической обработке (в данном случае сверлится) и имеет достаточную ударную прочность. На дно корпуса, боковые стороны и его крышку, при помощи эпоксидного клея была приклеена толстая алюминиевая фольга в качестве экрана. Печатная плата установлена на специальных креплениях, применяемых при сборке компьютеров. Все разъёмы подвода и вывода звука, а также разъём для блока питания разместились на задней стенке нижней части корпуса. На переднюю выведен регулятор громкости с проградуированной шкалой.
Большим преимуществом данной комплектации предварительного усилителя является наличие возможности плавного регулирования громкости воспроизводимого звука. После многих часов прослушивания композиций с виниловых носителей очень доволен звуком. В том числе и некоторым еле заметным шипением и гулом, которые придают своеобразный и натуральный звук всем классическим рок и джаз музыкальным композициям.
Гитарные усилители, наряду с самими электрогитарами, всегда интересовали многих начинающих и не только музыкантов. Тембра, усиление и перегрузочные характеристики очень индивидуальны, и идеальное сочетание варьируется от одной гитары к другой. Нет такого усилителя, что полностью удовлетворяет всем требованиям, да и это схемное предложение не будет исключением. Но оно является универсальным, мощным (около 100 ватт) и имеет все необходимые регулировки. В отличии от покупного усилителя, если вы строите УНЧ самостоятельно, вы можете изменить многие вещи, чтобы удовлетворить собственные потребности. Возможность экспериментировать представлена в полном виде. Да и намного почётнее играть на своей аппаратуре, ведь наша индивидуальность проявляется в первую очередь творчеством. Предлагаемый гитарный усилитель рассчитан на 100 Вт мощности в 4 Ом нагрузке. Это обычная мощность для гитаристов, которой хватит и для дома, и для концертов.
Предварительный гитарный усилитель паяем на отдельной плате, позже помещённой в экран от помех. Фото платы предусилителя показано ниже. Его основа два операционных усилителя с блоком регулировки тембров и усиления.
Это простое, но проверенное схемное решение, которое обеспечивает отличную тональность всего диапазона. Конструкция идеально подходит для тех гитаристов, которые хотели бы получить отличный звук. Элементы управления тембром имеют достаточный диапазон, чтобы охватить практически что угодно, от скрипки и до бас-гитары.
Предусилитель использует двойной операционный усилитель для усиления. Транзистор, включен по схеме эмиттерного повторителя и имеет низкое выходное сопротивление, после мастер-регулятора громкости. Как показано на схеме, есть типичный гитарный вход, с которого можно получить очень жирный овердрайв, а затем настройку подходящего уровня. Обратите внимание, что при использовании операционного усилителя TL072, возможен шум с большим количеством высоких частот. Настоятельно советуем использовать OPA2134 - операционный усилитель от Texas Instruments, тогда вы получите действительно самый тихий гитарный усилитель, который вы когда-нибудь слышали!
Питание модуля подключается непосредственно к главной шине +/-35 В усилителя мощности. Использовать надо стабилитроны (D5 и D6) 1 Вт, и резисторы R18 и R19, на 680 Ом, должны быть тоже по 1 Вт.
Для большего усиления, советуем уменьшить R11 - минимум до 2,2 кОм. Если переключатель bright делает звук слишком яркий (слишком много высоких частот), надо увеличить резистор R5. Диоды на выходе предназначены для того, чтобы предусилитель создавал "мягкие" ограничения при повышении громкости.
Убедитесь, что входные разъемы изолированы от корпуса. Это помогает предотвратить шум, особенно когда гитарный усилитель подключен к другой сети питания.
Усилитель мощности
На фото ниже показана полностью собранная печатная плата УМЗЧ. С помощью TIP35 и TIP36 транзисторов выходного каскада обеспечивается надежность при работе в самых тяжелых сценических условиях. Другие особенности схемы включают в себя защиту от короткого замыкания - компоненты смещения диодов D2 и D3.
Защита от короткого замыкания ограничивает выходной ток до относительно безопасного уровня. Защита будет ограничивать пиковый выходной ток до примерно 8 ампер. Ток смещения является регулируемым, и должен быть установлен на уровне около 25 мА в покое. Транзисторы TIP3055/2966 или MJE3055/2955 также могут быть использованы для УМЗЧ. Схема позволяет подключать до двух 8-Омных акустических колонок (по 4 Ом). Не используйте АС менее 4 Ом на этот усилитель - он не рассчитан на столь малое сопротивление!
Блок питания УНЧ
Силовой трансформатор должен быть тороидальный для лучшей производительности и минимума помех. Усилитель предназначен для максимально питания +/-35В, и это значение не должен быть превышено. Трансформатор должен быть рассчитан на 25-0-25 вольт, и не более того. Меньше - нормально, если полных 100 Вт не нужно. Мощность трансформатора должна быть 150VA (3 A тока вторички). Более 250VA - это излишество. Используйте хорошего качества электролиты фильтра БП, поскольку они будут подвергнуты нагрузкам по току и температуре. Ток диодного мостового выпрямителя должен быть 35 A. Тип крепления - на шасси с термопастой.
Все предохранители должны быть такими, как указано по схеме - не поддавайтесь искушению использовать более мощные. Входные и выходные соединения показаны на рисунке.
Гнёзда Preamp out и power amp in позволяют вставлять в звуковой тракт эффекты, такие как сжатие, реверберация, цифровые эффекты и другие. Выход предварительного усилителя подключен так, что предусилитель сигнала могут быть извлечены без отключения усилителя мощности, поэтому может быть использован для прямой подачи звука. Это особенно полезно для баса. Выход предусилителя выход может быть использован и для .
Настройка гитарного усилителя
- Перед тем, как питание включается впервые, временно установите 22 Ом 5 Вт резисторы вместо предохранителей. Не следует сразу же подключать нагрузку (АС)! При подаче питания, проверьте, что напряжение постоянного тока на выходе меньше, чем 1 В. Проверьте все транзисторы на нагрев - если какой-то элемент горячий, немедленно выключите питание, затем ищите ошибку.
- Если все хорошо, подключите акустическую систему и источник сигнала и убедитесь, что звук не искажён (например подключите с плеера музыку).
- Если УНЧ прошел все эти тесты, снимите резисторы 22 Ом и заново установите предохранители. Отсоедините кабель динамика нагрузки и включите прибор снова. Убедитесь, что напряжение постоянного тока на клеммах АС не превышает 100 мВ, и снова проверьте нагрев на всех транзисторах и резисторах.
- Когда вы убедитесь, что все хорошо, установите ток смещения. Подключите мультиметр между коллекторами Q10 и Q11 - вы измеряете падение напряжения на двух 0,22 Ом резисторах R20 и R21. Требуемый ток покоя 25 мА, поэтому напряжение на резисторах должны быть установлены 11 мВ. Настройка значения не слишком критична, но при более низких токах будет меньше рассеивания на выходных транзисторах.
- После этого остаётся скорректировать смещение, когда температура корпуса и всех деталей гитарного усилителя стабилизируется. Часто температура и ток немного взаимозависимы. Вот и всё - конструкция готова!
Часть 1 . Блоки УКВ аппаратов. Статья 2 . Блоки усилителей НЧ.
Усилители мощности ЗЧ.
Любительские конструкции различнейших вариантов усилителей мощности НЧ можно найти в любом радиолюбительском справочнике и журналах, таких как «Радио», «Радиомир. KB и УКВ», «Радиолюбитель», «Радиоконструктор» и многих других. Так что у радиолюбителя имеется, огромный выбор УНЧ, на любой вкус. , В этой статье я приведу описания тех конструкций, которые сам опробовал и использовал на практике.
Выбирая схему усилителя следует помнить, что для любительских радиостанций совсем не нужны высококачественные УНЧ с огромной полосой пропускания звуковых частот. Для связного приемника необходимая полоса пропускания сигналов НЧ лежит в пределах 300 ... 3000 Герц. Этой полосы вполне достаточно и для качественного приема сигналов человеческими органами слуха и для работы аппаратов цифровой связи.
Все частоты, находящиеся выше или ниже указанного диапазона принесут только вред. Поэтому на входе усилителя непременно должен быть установлен фильтр нижних частот. Кроме того, погасить усиление высоких частот можно подбором корректирующих конденсаторов и резисторов. Можно значительно увеличить чувствительность УНЧ увеличением сопротивления R2 до 120 Ом.
УНЧ на м/сх К174УН7
Микросхемы серии К174 предоставляют радиолюбителю большой выбор различных радиоконструкций. К174УН7 представляет собой усилитель НЧ со следующими параметрами:
Напряжение питания 15 В;
Номинальная выходная мощность 4,5 Вт;
Коэффициент гармоник для выходной мощности 0,05 Вт - 2%, для 4,5 Вт - 10%;
Полоса частот от 40 до 20000 Гц;
Входное сопротивление 50 кОм;
Сопротивление нагрузки 4 Ома;
Коэффициент усиления 40 дБ;
Максимальное амплитудное значение тока в нагрузке 1,75 А;
Максимальное амплитудное значение выходного напряжения 2 В;
Допустимое постоянное напряжение на выводе 7 составляет 15 В;
Допустимое постоянное напряжение на выводе 8 от минус 0,3 до 2 В;
Недопустимо подавать внешнее постоянное напряжение на выводы 5, 6, 12.
Микросхему необходимо ставить на теплоотвод - охладитель.
На рис. 2.1 приведена принципиальная схема УНЧ, выполненного на микросхеме К174УН7.
Этот усилитель имеет широкую полосу пропускания звуковых частот. Поэтому на выходе усилителя непременно должен быть установлен фильтр нижних частот. Кроме того, погасить усиление высоких частот модно подбором корректирующих конденсаторов и резисторов. Можно значительно повысить чувствительность УНЧ увеличением сопротивления R2 до 120 Ом.
Усилитель практически не требует никакой наладки. Впоследствии, после полного изготовления всего радиоприемника с этим УНЧ, можно будет попробовать изменить выходную частотную характеристику подбором величин корректирующих конденсаторов и резисторов (если это будет необходимо!).
В серии К174 есть и другие микросхемы усилителей НЧ, пригодные для связной техники.
УНЧ на транзисторах - вариант 1.
Для любителей работать с транзисторами старых марок привожу испытанную схему простого УНЧ на транзисторах, изображенную на рис. 2.2.
Чувствительность усилителя по входу составляет примерно 0,25В, так что для его нормальной работы в составе радиоприемника требуется между детектором и этим усилителем установить еще один усилитель НЧ, так называемый «предварительный УНЧ», который должен усиливать сигналы, полученные от детектора, до величины 0,25В.
Выходная мощность усилителя примерно 2 Вт, коэффициент гармоник не более 3%, на выходе должен быть громкоговоритель с сопротивлением катушки 5 ... 8 Ом.
Стабилизация режима выходного каскада осуществляется с помощью диода VD1. Диод следует подбирать по критерию получения как можно меньших искажений при малом сигнале на входе. Можно пробовать диоды Д18, Д310 и другие, при этом следует помнить непременное требование: замену диода можно проводить только при выключенном питании.
Усилитель может работать и при более низком напряжении питания. При напряжении питания 9В и сопротивлении громкоговорителя 8 Ом выходная мощность составит примерно 1 Вт, а при напряжении питания 6В - примерно 0.5 Вт
Настройка осуществляется подбором резисторов R1 и R9 таким образом, чтобы величина напряжения на положительном электроде конденсатора С4 была равна половине напряжения питания. При этом величина тока в режиме молчания через транзисторы VT4 и VT5 должна быть в пределах 2...3 мА.
По аналогичной схеме можно сделать УНЧ и на современных транзисторах.
УНЧ на транзисторах - вариант 2.
На рис. 2.3 приведена принципиальная схема еще одного варианта транзисторного УНЧ. Эта схема аналогична схеме УНЧ в разработанной Я. С. Лаповком конструкции базового приемника KB радиостанции. В данной схеме, по сравнению с аналогом, применены другие транзисторы.
Настройка УНЧ заключается в подборе сопротивления R1 до такой величины, чтобы на положительном электроде конденсатора С4 (в общей точке для транзисторов VT3 и VT4) величина напряжения составляла половину от напряжения питания. Также, как и предыдущий УНЧ, этот усилитель нуждается в дополнительном (предварительном) усилителе.
Предварительные усилители НЧ. Предварительный усилитель на транзисторах.
В бытовых радиоприемниках предварительные НЧ усилители обычно дополняют функциями коррекции звуковых частот. В радиоприемниках для связи необходимости в такой коррекции нет, т.к. диапазон воспроизводимых УНЧ связного приемника не должен выходить за пределы диапазона 300 ... 3000 Гц. Поэтому схемы предварительных усилителей могут быть очень простыми. На рис. 2.4 изображена схема простого, но достаточно эффективного в работе транзисторного предварительного усилителя НЧ. Схема представлена в двух исполнениях, которые различаются только структурой примененных транзисторов.
Настройка УНЧ заключается в подборе сопротивления R2 до величины, при которой в режиме молчания величина падения напряжения на резисторе R4 составит ровно половину от величины напряжения питания. Иными словами, напряжение на коллекторе транзистора VT2 должно быть равно половине напряжения питания.
Предварительные УНЧ на микросхемах.
Как правило, разработчик нового радиоприемника стремится так распределить суммарное усиление между его каскадами, чтобы наибольшая доля усиления приходилась на усилители ПЧ и УНЧ. Поэтому понятно стремление радиоконструктора создать УНЧ с максимально возможным усилением. Решить подобную задачу можно с помощью предусилителей НЧ, выполненных на операционных усилителях. На рис. 2.5 изображена одна из возможных схем предусилителя НЧ на операционном усилителе типа К140УД6. Можно использовать также К140УД7, К140УД12 и другие.
Коэффициент усиления изображенного на рис. 2.5 усилителя равен отношению суммы величин (R5+R6) к величине сопротивления резистора R1. Например, если суммарная величина сопротивлений R5 и R6 будет составлять 50 Ом, а величина сопротивления резистора R1 будет равна 10 Ом, то коэффициент усиления будет равен 10.
Настройка усилителя заключается в подборе наиболее удобной величины сопротивления переменного резистора R5. Собственно говоря, переменный резистор здесь не нужен. Подбор можно осуществлять различными постоянными резисторами.
На рис. 2.6 изображена схема предварительного усилителя на микросхеме К548УН1. Эта микросхема представляет собой два одинаковых малошумящих УНЧ.
Параметры усилителя зависят от глубины ООС, которая определяется соотношением сопротивлений резисторов R1 и R3. При значениях сопротивлений, указанных на схеме, усилитель характеризуется следующими параметрами:
Коэффициент усиления напряжения 100 (равен отношению сопротивлений R1/R3),
Входное сопротивление равно 300 кОм,
Выходное - не более 1 Ом,
Высшая рабочая частота не менее 100 кГц.,
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц при сопротивлении нагрузки 10 кОм не более 0,05 %,
Коэффициент шума (измеренный в полосе частот до 23 кГц при сопротивлении источника сигнала 10 кОм) не более 2.
Если повысить коэффициент усиления напряжения до 1000, наивысшая рабочая частота уменьшается примерно до 20 кГц. а коэффициент гармоник повышается до 0,1 %. Корректирующий конденсатор С, включают, если необходимо ограничить диапазон рабочих частот. Показанные в скобках выводы микросхемы относятся ко второму усилителю, расположенному в этом же корпусе.
Вариант комбинированного УНЧ
На рис. 2.7 изображена принципиальная электрическая схема усилителя НЧ, который включает в себя предварительный усилитель на операционном усилителе К140УД6 и усилитель мощности на 5 транзисторах. Особенностью транзисторного усилителя мощности является то, что этот усилитель предназначен для работы в режиме класса АВ, который характеризуется малыми линейными искажениями.
При указанных на схеме величинах радиодеталей. УНЧ обеспечивает выходную мощность порядка 1 Вт и имеет к.п.д. около 60%. Входное сопротивление - около 300 Ом, выходное - 10...20 Ом. Настройка транзисторного усилителя мощности осуществляется подбором сопротивления R8 до такой величины, при которой напряжение в точке соединения коллекторов транзисторов VT4 и VT5 станет равным (в режиме молчания) ровно половине напряжения питания.
Каскад на операционном усилителе особенностей не имеет.
Фильтры НЧ
Как уже было сказано при рассмотрении блок-схемы приемника, после детектирования нужно очистить полученный сигнал от присутствующих в нем побочных частот, т.е. необходима фильтрация сигнала. После детектирования в сигнале непременно будут как высокие (выше 3000 Гц), так и низкие (ниже 300 Гц) побочные результаты детектирования и различные наводки, например, с частотой 50 Гц от источника питания. Кстати, от источника питания при плохой фильтрации могут наводиться частоты и 100 Гц и 200 Гц - это более высокие гармоники от частоты электрической сети 50 Гц.
Фильтровать сигнал по ходу его преобразования в приемнике приходится несколько раз, но здесь рассматриваются схемы низкочастотных каскадов и рассмотрению подлежат именно конструкции полосовых НЧ фильтров.
Основная фильтрация сигнала после детектирования должна осуществляться фильтрами нижних частот (ФНЧ). Международный стандарт устанавливает верхнюю граничную частоту телефонного канала 3400 Гц, что обеспечивает хорошую разборчивость речи. Улучшая помехоустойчивость и селективность приемников, любители довольствуются более узкой полосой с верхней граничной частотой 2700...3000 Гц.
Простейший ФНЧ, устанавливаемый на выходе детектора или последнего (телеграфного) смесителя приемника или трансивера, целесообразно выполнить на LC элементах по так называемой П-образной схеме рис. 2.8.
По моему мнению, это самый эффективный из подобных фильтров и может с успехом применяться даже в приемниках прямого преобразования. Его потери пренебрежимо малы, селективность составляет 23 дБ на удвоенной частоте сигнала среза, и 32 дБ на утроенной частоте этого сигнала. Для больших расстроек она равна 60 дБ на декаду (десятикратное увеличение частоты). Соотношения между элементами фильтра определяются формулами: С1 = С2 = 1/(2*π*fc*R), L1 = R/(π*fc), где fc - частота среза, п-число пи=3,14. Сопротивлением R1 обычно служит входное сопротивление УНЧ. Значения L и С достаточно выдержать с точностью 10%, поэтому настройки фильтр не требует.
В.Т.Поляков, автор книги «Радиовещательные ЧМ приемники с фазовой автоподстройкой», рекомендует создавать небольшой подъем в области верхних частот звукового спектра. Он считает, что такой подъем полезен для улучшения разборчивости, поэтому целесообразно рассчитывать фильтр на сопротивление в 1,5...2 раза меньше реального нагрузочного. Типовые значения элементов для fc = 3 кГц таковы: С1 = С2 = 0,05 мкФ, L1= 0,1 Гн, R = 1 ...2 кОм.
Катушка наматывается на кольцевом магнитопроводе К16x8x4 из феррита 2000НМ и содержит 260 витков любого подходящего изолированного провода. Тороидальные катушки хороши тем, что мало подвержены посторонним магнитным наводкам и чаще всего не требуют экранировки.
Выполнить расчет любых элементов колебательного контура поможет вам программа INDUKTIW, которую можете взять в Интернете на сайте по адресу: http://r3xb-tga.narod.ru/ или http://r3xb.by.ru .
Индуктивностью фильтра может служить и одна из обмоток миниатюрного трансформатора от портативных преемников, лучше всего подходит первичная обмотка выходного трансформатора.
Фильтровать частоты ниже 300...400 Гц обычно нет необходимости - эту роль выполняют разделительные конденсаторы в УНЧ, емкость которых выбирается из условия С = 1/(2*п*fн*R), где fн - нижняя частота звукового спектра, R - входное сопротивление следующего за разделительным конденсатором каскада.
Если у вас в данный момент нет подходящей катушки индуктивности, можно сделать RC-фильтр, заменив катушку резистором на 300 ... 800 Ом. Фильтрация будет несколько хуже, но работоспособность приемника сохранится. В некоторых случаях величину этого резистора можно увеличить до 3 кОм.
Вместо заключения.
В радиолюбительской практике применяется огромное количество самых разнообразных схем. Каждый из нас использует те схемы, которые для него более удобны по имеющемуся набору деталей, или по каким-то иным, только ему понятным причинам. В этом цикле статей я буду приводить те схемы, которые использую в своей практике. Кому-то они понравятся, кому-то нет. Мне совсем не думается, что выбранные мною схемы являются лучшими. Наверняка есть и более удобные схемы на современных радиокомпонентах. Ищите то, что вам будет по душе.
Используя JFET транзисторы в предусилителе можно получить заметное увеличение уровня сигнала без потери качества, естественно если собрать их в виде отдельного блока на небольшой печатной плате. Этот предусилительный комплект особенно будет полезен для согласования мощных ламповых усилителей со слабым источником аудиосигнала, например линейным выходом смартфона или плеера, фонкорректором.
Существует даже отдельный промышленный набор, для сборки предварительного усилителя, который включает в себя печатную плату, сами транзисторы и несколько пассивных компонентов для печатной платы. Остаётся лишь найти свой собственный корпус, блок питания 12-24 В, и различные разъемы. Вот характеристики набора:
- Схема с использованием jfet транзисторов 2SK170;
- Примерно ~30дб усиления;
- Конденсатор К40У бумага-в-масле;
- Схема требует внешний источник питания 12-24 В постоянного тока (батарейки тоже работают хорошо);
- Собранные размеры 10х5х3 см.
Этот комплект паять легко - он может быть собран менее чем за час. Если вы посмотрите на схему, вы увидите очень простое решение. Настроек, как таковых, нету - всё работает сразу.
Что касается проходных конденсаторов, такой тип используют даже во многих ламповых проектах. Они стоят недорого и имеют хорошее звучание.
Большинство реально малошумящих преампов работают на питании от батареи. Нам нравятся батареи по нескольким причинам; они очень портативные, питающей сети не требуется, расход энергии очень низкий с большинством устройств, тем более используя всего 2 jfet транзистора.
Конструкция усилителя
Обычно используют "позолоченные" разъемы RCA для входов и выходов. Через две 9 В батарейки поступает на усилительный каскад напряжение питания 18 В. В настоящее время используются батареи Panasonic, но это без разницы. Для контроля состояния батарей выведена тестовая точка на передней панели блоков. Таким образом, тестирование батареек не требует открывания корпуса. Хомутики удерживают 9 В батареи внутри и тусклое свечение желтого светодиода указывает на состояние Вкл.
