Как найти предусилитель на плате

Автор: Douglas Self (Дуглас Селф), вольный перевод статьи: главный редактор «РадиоГазеты»

В первой части этого цикла статей были представлены схемы линейного усилителя, регулятора громкости и баланса, регулятора тембра и формирователя симметричного выхода.

Вторая часть была полностью посвящена фоно-корректорам для ценителей винила.

В третьей, заключительной часть публикаций,  пойдёт речь о блоках индикации, входного коммутатора и стабилизированного источника питания. Так же здесь вы можете найти чертежи печатных плат всех блоков предварительного усилителя и увидеть фотографии готовой конструкции.

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:

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:

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.

Блок коммутации входов.

На этой плате смонтированы входные и выходные разъёмы предусилителя, а также реле для их коммутации:

Предусилитель имеет четыре линейных входа как симметричных, так и обычных небалансных. Для высококачественного звуковоспроизведения предпочтительными являют симметричные входы, так как обеспечивают меньше шумов и слабее подвержены помехам. Для использования небалансных входов следует установить перемычки JP1…JP4.

Фоно-корректоры подключены ко входу №4. Если они у вас не используются, то тогда просто ненужно подключать разъём К13. Замечу, что фоно-корректоры имеют несимметричный выход.

Эта часть также собрана на отдельной печатной плате:

Список элементов блока коммутации входов:

Резисторы:
R1,R2=0 Ом

Конденсаторы:
C1..C4 = 220 n/100 V, 10 %

Разное:
K1,K3,K5,K7 = 3-х контактный балансный разъём (XLR) гнездо
K11 = 3-х контактный балансный разъём, штекер
K2,K4,K6,K8..K10,K12 = Гнезда-тюльпаны
K13,JP1..JP4 = двухконтактный штыревой разъём с шагом 0,1’’
K14,K15,K16 = четырёхконтактный штыревой разъём с шагом 0,1’’
K17 =десятиконтактный (2х5) разъём с шагом RM 0.1’’
S1..S4 = трёхконтактный штыревой разъём с шагом 0,1’’
RE1..RE4 = реле 12 V/960 Ом с 2 контактными группами

Передняя панель.

Схема подключения элементов на передней панели показана на рисунке:

Здесь размещаются: индикатор питания, индикатор уровня сигнала, переключатель входов, переключатель фоно-корректоров, выключатель IEEC-коррекции и выключатель темброблока.

У переключателя S5A, который коммутирует входы, используются только 4 положения. Остальные заблокированы механически.

Переключатель S4A и S4B задаёт режим работы индикатора уровня сигнала: линейный вход или фон-корректор. Третье положение переключателя служит для отключения индикатора.

Вид печатной платы и расположение элементов на ней:

Список элементов передней панели:

Резисторы:
(0,25 W; 1 %)
R1 =220Ом
R2 = 3k3

Активные элементы:
D1 = зелёный светодиод, 3 mm
D2 = красный светодиод, 3 mm

Разное:
K1 = 10-контактный разъём (2×5), с шагом 0.1’’
K2,K5,D1,S1..S3 = 2-х контактный штыревой разъём с шагом 0,1’’
K3,K4 = 3-х контактный штыревой разъём с шагом 0,1’’
K6 = 2-х контактный винтовой разъём с шагом 5 mm
S4,S5 = галетный переключатель на 6 положений с двумя контактными группами.

Блок питания.

Для получения низкого уровня шумов от усилителя необходимо принять меры по снижению шумов источника питания. Автор построил свой блок питания на распространённых микросхемах, но принял меры по минимизации помех и шумов.

Схема блока питания представлена на рисунке:

Сетевой трансформатор должен иметь две вторичных обмотки с напряжением 18В каждая. На диодах D3…D6 собран мостовой выпрямитель. Его напряжение фильтруется конденсаторами С8 и С10. Конденсаторы С14… C17служат для подавления высокочастотных помех выпрямителя.  Светодиоды D7 и D8 установлены на печатной плате блока питания и служат для индикации включения. Запитаны они от нестабилизированного напряжения.

Стабилизированное напряжение для питания операционных усилителей обеспечивают микросхемы IC1 и IC2. Резисторами R1 и R2 и R3 и R4 задаётся выходное напряжение блока. C5 и C6 уменьшают пульсации выходного напряжения. D1 и D2, служат для защиты стабилизаторов при нештатных ситуациях. C1…C4 обеспечивают низкое выходное сопротивление на высоких частотах.

Стабилизатор на  IC3 обеспечивает напряжение + 15 Вольт для питания реле.

Надо заметить, что блоки питания усилительной части и управления реле имеют только одну общую точку подключения, что обеспечивает отсутствие щелчков и помех при коммутациях реле.

Расположение элементов на плате и внешний вид собранного блока питания:

Перечень элементов блока питания:

Резисторы:
(0,25W; 1%)
R1,R3 = 100 Ом
R2,R4 = 1k3
R5 = 1 Ом
R6,R7 = 12 k

Конденсаторы:
C1,C3,C7,C9,C11,C13 = 100 n/100 V, 10 %,
C2,C4 = 100 мкФ/25 V, 20 %,
C5,C6, = 47 мкФ/25 V, 20 %
C8,C10 = 4700 мкФ/35 V, 20 %
C12 = 10 мкФ/63 V, 20 %,
C14..C17 = 47 n/50 V, керамический,

Активные элементы:
D1,D2 = 1N4004
D3-D6 = MBR1045
D7 = красный светодиод, 3 mm
D8 = зелёный светодиод, 3 mm
IC1 = LM317
IC2 = LM337
IC3 = 7815

Разное:
K1,K2,K3 = 3-х контактный винтовой разъём с шагом 5 mm
K4,K5,K6 =  2-х контактный винтовой разъём с шагом 5 mm
HS1,HS2 = радиаторы высотой 50,8 мм
HS3 = радиатор высотой 50,8 мм

Установленные вне печатной платы:
Tr1 = трансформатор  50 Вт, 230 V , 2x 18 В (вторичные обмотки)
F1 (230V) = предохранитель, 0,315 А
S1= сетевой выключатель на 230 V

Заключение.

Все платы соединяются между собой гибкими шлейфами по возможности минимальной длинны. Один экземпляр усилителя был собран в редакции  журнала «Электор» без корпуса, прямо на столе. В течении года он радовал сотрудников своим качеством звучания.

То что повторить конструкцию под силу радиолюбителю средней квалификации доказывает фото:

Фото своей реализации данной конструкции прислал один из участников форума, за что ему огромное СПАСИБО!

Чертежи печатных плат предварительного усилителя (оригиналы в формате pdf) здесь (rar-архив 1,5 Мбайт).

Новую версию (от 24 февраля 2016 года) чертежей печатных плат в формате Sprint-Layout от наших читателей качаем здесь (rar-архив 443 kb).

Также нам прислали фотографии собранной конструкции по этим чертежам, что доказывает их работоспособность:

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор» (Германия)

Удачного творчества!

Главный редактор «РадиоГазеты»

Похожие статьи:

• Гибридный усилитель мощности MuGen.
• Предварительный усилитель (часть II)
• Предварительный усилитель (часть I)
• Лампизатор «Нирвана» (Часть I)
• Лампизатор «Нирвана» (часть II)

Продолжение материала по устройству автомобильного усилителя DL Audio Gryphon Lite 1.1500 класса D. Предыдущие части:

• Вводная часть. Усилитель DL Audio Gryphon Lite 1.1500. Принципиальная схема и обзор аппарата;

• Часть №1. Преобразователь напряжения.

Предусилитель и фильтры (кроссовер).

Блок предусилителя и фильтров состоит из двух основных узлов. Первый из них, это предварительный усилитель аудиосигнала, второй – система активных фильтров с возможностью плавной регулировки настроек (кроссовер). Также может включать цепи коммутации сигнала, буферные усилители, входные и выходные разъёмы для подключения сигнальных кабелей, индикаторы работы устройства.

Блок фильтров необходим поскольку низкочастотный тыловой динамик (сабвуфер) не способен воспроизводить весь спектр аудиосигнала без искажений. Набор фильтров позволяет выделить из спектра звуковых частот необходимую полосу, а также подстроить систему для работы с конкретным сабвуфером.

Органами управления данного блока являются те самые регуляторы «GAIN», «LPF», «SUBSONIC», «BASS BOOST» на передней панели усилителя.

Так как оригинальной схемы предусилителя и кроссовера от моноблока Gryphon Lite 1.1500 нет, то воспользуемся схемой от усилителя «AVATAR ATU-2000.1D». По своему составу они очень похожи. Совпадает не только количество основных регуляторов и диапазон регулировки частот/усиления, но и набор используемых микросхем. В обоих аппаратах блок выполнен на трёх микросхемах TL074C (SO-14), – малошумящих операционных усилителях.

Стоит понимать, что основные узлы данного блока построены по типовым схемам. Как правило, это фильтры низких и высоких частот на операционных усилителях (ОУ) второго, третьего или же четвёртого порядка. Фильтры четвёртого порядка применяются, как правило, в старших и более дорогих моделях серии.

Остальные узлы, такие как предварительный усилитель или повторители на ОУ также не новы и подробно описаны в соответствующей литературе.

Предложенная схема взята в качестве примера. Разберём её основные участки.

Принципиальная схема предварительного усилителя и фильтров

Нумерация и позиционные обозначения элементов условные.

Каждая микросхема TL074C состоит из четырёх операционных усилителей (ОУ). На схеме они обозначены, как U1A, U1B и т. д. U1 – номер микросхемы, а буквами A, B, C, D обозначаются ОУ в её составе.

Обычно микросхемы в блоке предусилителя и фильтров питаются двухполярным напряжением ±12…15V, которое поступает от дополнительных выпрямителей преобразователя напряжения усилителя.

На принципиальной схеме цепи питания микросхем обозначаются так: +VCC и -VCC.

В качестве регуляторов используются переменные сдвоенные резисторы. Каждый состоит из двух секций (два переменных резистора на одной оси регулятора).

Переменные резисторы на схеме обозначены, как VR1.1, где VR1 это номер переменного резистора в схеме, а вторая цифра после точки, – это номер секции.

Пояснения к работе схемы.

На вход U1A поступает объединённый аудиосигнал с входных разъёмов «INPUT L» и «INPUT R», к которому подключаются разъёмы типа «тюльпан» от головного устройства.

Считается (с некоторыми оговорками), что человеческий слух плохо локализует низкие частоты. Поэтому двухканальный стереосигнал объединяется в один.

Полученный сигнал усиливается операционным усилителем U1A и далее подаётся на вход следующего операционного усилителя U1B. Но, перед этим он поступает на регулятор громкости «GAIN». Он выполнен на переменном резисторе VR1. В маркировке B10k указан номинал (10 кОм) и функциональная характеристика (B, показательная) переменного резистора.

Параллельно VR1 и резистору R80 подключается переменный резистор «REMOTE». Это тот самый дистанционный регулятор баса. Выносной блок с регулятором громкости, который устанавливается в салоне авто и подключается проводом к разъёму «REMOTE» на лицевой панели.

На элементах U1B, U2B выполнены неинвертирующие усилители. Их коэффициент усиления задаётся резисторами в цепи обратной связи: R114, R115 (для U1B); R67, R68 (для U2B).

На U1C выполнен фильтр низких частот (схема Саллена – Ки) с фиксированной частотой среза. Первое звено состоит из R109, С73. Второе звено выполнено на резисторе R110 и конденсаторе C74. Согласно номиналам данных элементов частота среза фильтра составляет 159,1549 Гц (~160 Гц).

Фильтры LPF и SUBSONIC выполнены по топологии Саллена-Ки и имеют крутизну спада 12 дБ/Окт., то есть это фильтры второго порядка. Каждый фильтр является активным и выполнен на одном операционном усилителе (ОУ).

Фильтр низких частот «LPF».

На U1D выполнен перестраиваемый фильтр низкой частоты (ФНЧ) второго порядка. Регулятором переменного резистора VR2 задаётся частота среза данного фильтра. Это тот самый регулятор «LPF» на лицевой панели усилителя.

Резисторами R87, R88 задаётся коэффициент усиления операционного усилителя U1D. Основные элементы фильтра: первое звено выполнено на R99, VR2.1 и C54, второе звено выполнено на R84, VR2.2, C53.

Исходя из расчётов по номиналам данных элементов частота среза ФНЧ может быть перестроена в диапазоне от 43,84 до 482,28 Гц. Тут стоит вспомнить, что все частоты выше 160 Гц уже «убраны» ФНЧ, который выполнен на ОУ U1C. Таким образом, с помощью регулятора «LPF» можно задать частоту среза ФНЧ от 43 до 160 Гц. Всё частоты выше установленной будут подавлены.

Поскольку фильтры имеют пологий спад, то в документации и на лицевой панели под регулятором указан более широкий диапазон настройки от 40 до 180 Гц.

Фильтр инфранизких частот «SUBSONIC».

На U2A собран фильтр высокой частоты (ФВЧ) второго порядка, он же HPF. Но, здесь он выполняет роль фильтра инфранизких частот «SUBSONIC». Он срезает все частоты ниже заданной. Регулятором переменного резистора VR3.1, VR3.2 устанавливается необходимая частота среза фильтра от 10 Гц до 50 Гц.

Первое звено ФВЧ собрано на R81, VR3.2, C56, второе на R70, VR3.1, C55. C65 – разделительный конденсатор по постоянному току. Резисторами R85, R86 задаётся коэффициент усиления U2A.

Расчёт по номиналам элементов фильтра показал, что частота среза сабсоника перестраивается от 11,4 до 40,8 Гц. На лицевой панели указано OFF — 50Hz. Под OFF (отключен) предполагается частота в 10 Гц.

Таким образом максимальная ширина полосы частот после фильтров будет находиться в интервале от 10 до 180 Гц. Это диапазон воспроизводимых частот нашего усилителя. Подстройкой положения регуляторов «LPF» и «SUBSONIC» становится возможна плавная настройка этого интервала, например, в диапазоне от 30 до 100 Гц.

«BASS BOOST» или «бустер».

Регулятор басового усиления «BASS BOOST» реализован на U3A, U3B, U3C, U3D. Он несколько отличается от типовых схем бас-буста, которые применяются в блоке входных фильтров бюджетных усилителей класса AB.

В них, как правило, используется схема с эквивалентом последовательного колебательного контура на операционном усилителе (ОУ), настроенного на частоту 45 Гц, сигнал с которого поступает в цепь обратной связи другого ОУ. В такой схеме применяется два ОУ и всего один регулятор на переменном резисторе, которым задаётся усиление на центральной частоте 45 Гц в диапазоне от 0 до 12 дБ.

В данном усилителе «BASS BOOST» выполнен по схеме параметрического эквалайзера, который работает на подъём частоты настройки. Здесь есть возможность задать как центральную частоту подъёма в диапазоне 30…80 герц, так и желаемый уровень усиления.

То есть создаётся «горб» на выбранной частоте, а «высоту» (усиление) этого горба можно регулировать в интервале 0…12 дБ.

Переменным резистором VR4 с двумя секциями (VR4.1, VR4.2) задаётся центральная частота подъёма. Её можно установить в интервале от 30 до 80 герц. Это тот самый регулятор «FREQ» на лицевой панели усилителя.

Резистором VR5 («Bass Boost») устанавливается желаемый уровень усиления в пределах от 0 до 12 децибел.

Стоит отметить, что использование «BASS BOOST» перегружает сабвуфер на частоте усиления (обычно 45…50 Гц). Кроме того, возрастает потребляемая усилителем мощность и нагрузка на него, так как при усилении на 3 дБ мощность увеличивается вдвое, а при 6 дБ вчетверо.

Бас-буст предназначен для корректировки амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) сабвуфера. Необдуманное использование бас-буста может привести к его порче. Именно поэтому фанаты автозвука недолюбливают «BASS BOOST» и считают его злом.

Цепи обратной связи.

Операционный усилитель (ОУ) на U2C включен в цепь обратной связи. В цепь его отрицательной обратной связи (ООС) на резисторах R75, R76 включены элементы R77, R74, C66. На R74 приходит сигнал обратной связи (D) с выхода переключательного каскада усилителя.

Аналогичная схема в усилителе Gryphon Lite 1.1500 реализована на микросхеме TL072C (U3), которая показана на общей схеме. Более подробно о ней рассказано в следующей части про усилитель класса D.

С выхода ОУ U2C через резистор R73 и разделительный конденсатор C62 итоговый звуковой сигнал (IN) поступает на вход компаратора в блоке ШИ-модулятора усилителя мощности класса D.

Мостовое включение.

Если имеется два одинаковых усилителя, то становится возможным мостовое включение – два усилителя на один сабвуфер. При этом выходная мощность суммируется и в качестве нагрузки можно использовать сабвуфер раза в два мощнее.

Входы «BRIDGE IN» и «BRIDGE OUT» необходимы для реализации мостового включения двух одинаковых усилителей.

От головного устройства (ГУ) стереосигнал подаётся на входы правого «INPUT R» и левого «INPUT L» каналов главного усилителя («Мастера»).

После ОУ на U2B отфильтрованный и усиленный сигнал разветвляется. Часть его идёт на вход следующего ОУ U2C и далее на ШИ-модулятор первого, главного усилителя. Вторая часть аудиосигнала через резистор R117 поступает на инвертирующий усилитель U2D и далее с его выхода через разделительный конденсатор C30 на разъём «BRIDGE OUT». Инвертирующий усилитель U2D необходим для изменения фазы приходящего сигнала на противоположенную. Это требуется для работы мостовой схемы.

С выхода «BRIDGE OUT» главного усилителя («Мастера») сигнал подаётся на вход «BRIDGE IN» второго, ведомого усилителя («Слейв»).

При этом аудиосигнал поступает на вход «BRIDGE IN» и через резисторы R97, R98 на вход операционного усилителя U2C. С его выхода усиленный сигнал через резистор R73 и разделительный конденсатор C62 поступает на вход компаратора в ШИ-модуляторе (IN). Далее в дело вступает усилитель класса D, о котором будет рассказано в следующей части.

Важное замечание. Если взглянуть на лицевую панель усилителя Gryphon Lite 1.1500, то можно заметить, что на ней нет разъёмов «BRIDGE IN» и «BRIDGE OUT», а также нет переключателя «MASTER/SLAVE» для корректной настройки усилителя для работы в мостовом включении.

Разобраться с этим делом помогла бы банальная инструкция пользователя, но её также не удалось найти, как и оригинальной схемы на аппарат.

По заверению официалов, усилитель всё же можно подключить в мост.

Вероятнее всего аудиосигнал с головного устройства после подачи на входы «INPUT R/L» инвертируется с помощью двух операционных усилителей и далее подаётся на выходы правого «OUTPUT R» и левого канала «OUTPUT L». Такую схемную реализацию можно увидеть у многих многоканальных усилителей AB класса.

Получается, что на втором усилителе необходимо выставить точно такие же настройки основных регуляторов («GAIN», «LPF» и др.), как и на условно «главном» усилителе.

Часть №3. Усилитель класса D.

Главная » Мастерская » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Ремонт акустической системы SVEN IHOO MT5.1R.

• Ремонт Bluetooth-колонки JBL Charge 3 (реплики).

• Ремонт музыкального центра Samsung MAX-VS720. Хриплый, искажённый звук в колонках.