В этом разделе размещаются материалы по усилителям мощности звуковой частоты (УМЗЧ), предварительным усилителям, регуляторам тембра (активным и пассивным), коммутаторам входов, микрофонным усилителям, системам защиты звуковоспроизводящей аппаратуры, включая АС и другим блокам тракта звуковоспроизведения, цифрового или аналогового.

Обновляемый файловый архив по теме "Усилители и фильнры ЗЧ" находится .

Статья, посвящённая проектированию и расчёту кроссоверов на лампах, включая фильтры 1го и 2го порядка. Расчёт кроссоверов и других элементов ламповых схем предлагается производить в программе TUBE CAD, доступной для скачивания.

Монофоническая, активная АС с биамплингом «Для Дачи».
Краткое представление.

Целью проекта, было создание акустического агрегата, воспроизводящего музыку со сторонних источников (мобильные телефоны, плееры итп). С учётом того, что места прослушивания, обеспечивающего стереоэффект, «в поле» не предполагается, было принято решение делать монофоническое устройство.

В качестве отягчающих ТЗ обстоятельств, были приняты:

• Двухполосная, активная система с мостовым усилителем в канале НЧ (для повышения КПД)
• Фазоинверсное исполнение (так же, для повышения КПД)
• Применение ширпотребовских, высокодобротных динамиков
• Электронная коррекция АЧХ высокодобротного НЧ динамика в заданном акустическом оформлении (ФИ)
• Однополярное питание,
• Широко распространённые ИС УМЗЧ (TDA2005 для НЧ и К174УН14 для СЧ-ВЧ)
• Активный регулятор тембра,
• Тонкомпенсированный регулятор громкости
• Индикатор перегрузки любого УМЗЧ
• Активный лимиттер по перегрузке любого из УМЗЧ.
• Принудительное охлаждение радиаторов БП и УМЗЧ, с пропорциональным управлением
• Устранение токовой петли при питании источника звука от БП АС.
• Бортовая телескопическая антенна, для подключения источника со встроенным радиоприёмником, коротким кабелем.

В ходе исполнения проекта, некоторые разработанные и отмакетированные схемные решения были исключены из окончательной конструкции, во избежание ещё большего усложнения.

Обрезание было применено к:

• активному 2х канальному кроссоверу на 4х ОУ (см. Рис.1) , содержащему ФНЧ 4го порядка, фазоинвертор (all-pass filter) и сумматор сигналов, для выделения СЧ-ВЧ компонент сигнала (заменён пассивным RC фильтрами).

(кликни для увеличения)

• формирователю ООСН+ПОСТ для мостового УМЗЧ канала НЧ на 4х ОУ (см. Рис.2) - заменён вырожденным корректором Линквитца – не полным Т-мостом – 2 резистора и 2 конденсатора. ()

(кликни для увеличения)

Ящик АС – фазоинвертор, рассчитан при помощи программы и настроенный при помощи программы

Материал корпуса – ДСП 16мм. Изнутри синтепон, в два слоя, закреплённый мебельным степлером, снаружи – линолеум, приклеенный на жидкие гвозди, размазанные тонким слоем. Защитная металлическая, оцинкованная сетка с коэфициентом прозрачности 62,5%.

Порт фазоинвертора расположен внизу, на задней стенке. Задняя стенка у границы порта скошена, расширяясь к выходу порта, в стык задней стенки туннеля ФИ и нижней стенки АС, вклеен деревянный уголок, закрытый рубчатым (как вельвет) ковролином (). Полоски этого же ковролина, шириной 5 мм вклеены по широким стенкам ФИ, в шахматном порядке, с шагом 3см. Все эти меры направлены на подавление призвуков в тоннеле ФИ.

Граница раздела НЧ и СЧ-ВЧ – ок. 500Гц.

НЧ динамик - какой то безродный мидбас, мощностью 30 Вт.

СЧ-ВЧ – автомобильный широкополосник с Panasonic EAB-43

Фазоинвертор настроен на частоту резонанса НЧ динамика.

Общая АЧХ АС получилась достаточно линейной. Она ограничена сверху входным ФНЧ второго порядка с частотой среза, по уровню –3дБ – 14,3 Кгц, а снизу, по фронту, настройкой фазоинвертора – 100 Гц. Спад звукового давления со стороны порта фазоинвертора, начинается с частоты 40 Гц, что для НЧ динамика, являющегося, очевидно, «мидбасовым», является очень хорошим показателем, ИМХО.

На входе (см. Рис. 1) сумматор - лимиттер на ОУ с оптроном ОЭП-2 в ООС, на входе ОУ – RC ФВЧ со срезом на частоте 48Гц.

Потом ФНЧ Чебышева со срезом по уровню –3дБ на частоте 14,3 КГц для подавления надтональных составляющих с выхода ЦАП дешёвых гаджетов.

Отключаемый тонкомпенсированный регулятор громкости «по Сухову» (см. Радио №4 1980 стр. 38, Радио №10 1990 стр59,

Активный регулятор тембра на одном ОУ () , настроенный с оглядкой на АЧХ выбранных динамиков, установленных в АС. Регулятор тембра осуществляет только подъём АЧХ динамиков на НЧ и ВЧ. Величина подъёма не превышает 10 дБ.

Разделительные фильтры:

в канале СЧ-ВЧ второго порядка, пассивный, 800Гц и 723Гц.

в канале НЧ второго порядка – активный, 482Гц.

Подавление резонансного выброса НЧ динамика – пассивный, не полный, Т-мост с ослаблением на –6дБ на частоте резонанса взятого динамика (80 Гц)

Всего использовано три корпуса сдвоенных ОУ КР140УД20.

Телескопическая антенна позволяет подключать источник звука, содержащий радиоприёмник, коротким проводом. Для работы этой внешней антенны, общий контакт гнезда входа звукового сигнала, развязан с общим проводом АС, по ВЧ дросселем, индуктивностью 100 мкГн.

____________________________________________________________________________________________________

Усилители для портативной техники.

Усилители для автомобильных аудиосистем.

Усилители для стационарной Hi-Fi аппаратуры и телевизоров.

Приведены типовые схемы включения ИС УМ и характеристики ИС УМ.

Аудио ЦАП и АЦП

Аудиокодеки

Сигнальные процессоры различного назначения.

Introduction ......................................................................................................................................3

Contents ............................................................................................................................................5

1. Reference designs .........................................................................................................................7

2. Focus products ............................................................................................................................13

2.1 Tuners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

TEF6862HL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

TEF690x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

TEF6730 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

2.2 Analog Signal Processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

TEF6890H,TEF6892H + TEF6894H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

2.3 Digital Signal Processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

SAA7706H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

SAA7709H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

SAF7730HV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

2.4 Audio amplifiers and voltage regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

2.4.1 Integrated Power Amplifier and Stabilizer (IPAS) TDA8588AJ/BJ/J,TDA8589AJ/BJ . . . . . . . . . . .32

2.4.2 Stand-alone audio power amplifiers - Quad amplifiers TDA8569Q and TDA8571J . . . . . . . . . . . .34

TDA8592J/Q,TDA8593J/Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

Dual amplifiers TDA8560/1/3/6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

Dual amplifier TDA1566TH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

Single amplifiers TDA1560Q and TDA1562Q class H power amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

TDA1564/TDA1565 run-cool stereo power amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

2.4.3. Multi-output voltage regulators TDA3681J/TH,TDA3682ST,TDA3683J . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

TDA3601/8 and TDA3615/8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

2.5 HD Radio™ processor solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

SAF3550 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

2.6 Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

SAA7326 (CD10 II) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

TZA1026 (CD10 II) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

SAA7826 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51

SAA7806 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

SAA7836 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

SAA7818 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56

TZA1038HW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

3. Additional products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4. Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

Большая подборка материалов (на январь 2013 г - 74 стр.) по предварительным усилителям и фильтрам, преимущественно для сабвуферов и многополосных активных систем звуковоспроизведения. Среди прочего рассмотрены фазолинейные кроссоверы для биамплинга и «триамплинга» - для тонких ценителей многоканальных ААС. Уделено внимание, так называемым «всепропускающим фильтрам» (all pass filter) пропускающим, без ослабления, частоты во всём подводимом диапазоне (с поправкой на быстродействие усилителя и пассивные компоненты), но сдвигающим фазу сигнала. Подобные фильтры используют для выравнивания группового времени задержки в фазолинейных кроссоверах. Сделана подробная выкопировка по теме Active Filters by Linkwitz с сайта самого Линквитца. Автор рассматривает теорию и практику построения многополосных активных фильтров АС, с разбором каждого составного звена, показывая графики АЧХ/ ФЧХ и формулы расчетов.Так же, для любителей самостоятельной разработки активных кроссоверов и других фильтров приведены краткие учебно – методические материалы по фильтрам НЧ и ВЧ на транзисторах и ОУ.

Подборка материалов (на январь 2013 г – 40 страниц) по активным и пассивным регуляторам тембра. Если по нынешним временам цифрового звука, захочется сделать регулятор тембра для своего усилителя, или перебрать (перенастроить) имеющийся, важно помнить, что в угоду малым динамическим искажениям и прочей деградации звука, не стоит делать регулятор, с диапазоном регулировки тембра более 6 дБ. Уровни в +15 или +20 дБ ушли в прошлое вмести с магнитными лентами. Кроме того, ослабление уровня НЧ или ВЧ тоже вряд ли потребуется. Пожалуйста, обратите внимание на схемы активных регуляторов тембра на транзисторах. Если Вы с пониманием относитесь к наличию конденсаторов на пути звука, активные регуляторытембра на транзисторах могут оказаться хорошей альтернативой активным регуляторам на ОУ, особенно с учётом того, что класс A в их выходных каскадах – редчайшая редкость.

Про пользу / вред РТ можно дебаты вести долго. Здесь всё индивидуально, и каждый для себя решает. Важно учесть следующее:

Для ВЧ стороны:

До скольки КГц Вы можете слышить звуковые сигналы?

До скольки КГц может, без ослабления уровня, воспроизводить ВЧ Ваша АС?

До скольки КГц может, без ослабления уровня, воспроизводить ВЧ Ваш источник звука?

Для НЧ стороны:

Есть ли в Вас в системе Сабвуфер?

Какова добротность и частота резонанса НЧ головки в Вашей АС?

Каково акустическое оформление низкочастотной АС, как оно влияет на воспроизведение НЧ составляющих.?

Если у Вас есть внешний спектроанализатор музыкального сигнала (у меня есть, по схеме С. Бирюкова и В. Фролова – ), посмотрите, какую музыку вы слушаете – что там с НЧ и ВЧ компонентами. Может действительно, регулятор тембра не нужен, особенно, если у Вас АС с одним широкополосным динамиком, например 2ГД-40, который ВЧ, выше 12,5 КГц воспроизводит посредственно, а на НЧ его ТС параметры обещают изрядное бубнение в районе 100Гц – такой динамик напрягать повышенным уровнем сигнала, который он не может воспроизвести – только ухудшать звучание.

Если использовать измерительный микрофон и соответствующее ПО, можно попробовать снять АЧХ в точке прослушивания, со стороны левого и правого уха, на уровне головы, и потом попытаться скорректировать уровни многополосным регулятором тембра (эквалайзером). Сторонники «чистого звука» и «короткого тракта», скорее всего, этот подход отвергнут, как и многие другие, кто слушает музыку не закрепляя свою голову в кресле для прослушивания – ведь смещение в несколько десятков сантиметров уже изменит локальную АЧХ и ФЧХ. :-)

Только не забудьте поставить перед РТ повторитель напряжения, а нагрузить РТ на высокоомный вход следующего усилительного каскада. Примеры схем предварительных усилителей, с регуляторами тембра, куда можно имплантировать схему, рассчитанную самостоятельно, можно посмотреть в статье «Предварительные усилители ЗЧ» в сборнике год. Стр.72 - 91

Подборка материалов по теме. Биамплингом называют двухполосное воспроизведение аудиосигнала (музыки). Разделение на полосы может быть более или менее полным. Менее полное – когда усилитель один, а динамиков и фильтров к ним (пассивных) – по паре. Более полное разделение – когда входной сигнал попадает на блок фильтров, разделяющий сигнал в некоторой точке (на граничной частоте), выбранной с оглядкой на характеристики применяемых динамиков. Далее сигнал поступает на два усилителя, мощность которых определяется частотой раздела и чувствительностью динамика. Далее, непосредственно динамики. Каждый воспроизводит специально подготовленную для него полосу, с оптимальной мощностью. Динамик, ответственный за НЧ участок диапазона, не перегружается ВЧ составляющими, и наоборот. В добавок, в НЧ канал можно включить , для устранения «бубнения» некоторых высокодобротных динамиков, или, что чуть сложнее, но более эффективно – узел формирования отрицательного выходного сопротивления. Подробности про биамплинг – по ссылке в заголовке.

Это, так называемые, “белые страницы» - наставление по проектированию УМЗЧ на ИС.

1.0 Introduction ............................................................................................................................................ 2

2.0 Objective ................................................................................................................................................ 2

3.0 Conclusion ............................................................................................................................................. 2

4.0 Thermal Background .............................................................................................................................. 2

4.1 TYPICAL CHARACTERISTIC DATA ................................................................................................... 3

4.2 SINGLE-ENDED AMPLIFIER Pdmax EQUATION: ............................................................................. 3

4.3 BRIDGED-OUTPUT AMPLIFIER Pdmax EQUATION ......................................................................... 3

4.4 PARALLEL AMPLIFIER Pdmax EQUATION ....................................................................................... 4

4.5 BRIDGED/PARALLEL AMPLIFIER Pdmax EQUATION ...................................................................... 4

4.6 THERMAL CONCLUSION ................................................................................................................... 4

4.7 THERMAL TESTING CONDITIONS .................................................................................................... 5

5.0 BR100-100W Bridge Circuit ................................................................................................................ 5

5.1 AUDIO TESTING ................................................................................................................................ 5

5.1.1 Linearity Tests ............................................................................................................................... 5

5.2 SCHEMATICS ..................................................................................................................................... 6

5.2.1 Bridged Amplifier Schematic .......................................................................................................... 6

5.2.2 Electrical Design Notes .................................................................................................................. 6

6.0 PA100-100W Parallel Circuit ............................................................................................................... 7

6.1 AUDIO TESTING ................................................................................................................................ 7

6.1.1 Linearity Test ................................................................................................................................. 7

6.2 SCHEMATICS ..................................................................................................................................... 8

6.2.1 Parallel Amplifier Schematic ........................................................................................................... 8

6.2.2 Electrical Design Notes .................................................................................................................. 8

7.0 BPA200–200W Bridged/Parallel Circuit ................................................................................................. 9

7.1 AUDIO TESTING ................................................................................................................................ 9

7.1.1 Linearity Tests ............................................................................................................................... 9

7.1.2 Output Power Tests ........................................................................................................................ 9

7.1.3 Noise Floor Tests ......................................................................................................................... 10

7.1.4 Electrical Design Notes ................................................................................................................ 11

7.2 SCHEMATICS ................................................................................................................................... 12

7.2.1 Detailed Bridged/Parallel Amplifier Schematic ............................................................................. 12

7.2.2 Servo Circuits ............................................................................................................................... 13

7.2.3 Power Supply Circuit .................................................................................................................... 14

7.2.4 Basic Bridged/Parallel Amplifier Schematic ................................................................................. 15

8.0 Parts List and Vendors ......................................................................................................................... 16

8.1 BUILD OF MATERIALS FOR BR100 AMPLIFIER ............................................................................ 16

8.2 BUILD OF MATERIALS FOR PA100 AMPLIFIER ............................................................................. 16

8.3 BUILD OF MATERIALS FOR BPA200 AMPLIFIER .......................................................................... 18

9.0 Heat Sink Drawings .............................................................................................................................. 19

9.1 BR100 AND PA100 HEAT SINK DRAWING ..................................................................................... 19

9.2 BPA200 HEAT SINK DRAWING ........................................................................................................ 20

Одним из способов ограничения искажений звукового сигнала, возникающих при перегрузке УМЗЧ (ограничение по питанию), является плавное ограничение уровня ВХОДНОГО сигнала, при приближении уровня выходного сигнала к зоне ограничения. Делается это, как правило, при помощи резистивно – оптронного делителя напряжения, управляемого схемой, контролирующей уровень выходного сигнала. Ограничитель такого типа и называется лимиттером. За ссылкой – небольшая подборка схем и технологических решений по теме.

Усилители класса D, характеризуются наиболее высоким (более 90%) КПД, по сравнению с другими классами. В таком усилителе, из входного и дополнительного пилообразного сигналов, формируется выходной, широтно-импульсный (ШИМ) сигнал, высокой частоты, с амплитудой, доходящей до напряжения на шинах питания. Обратно, в аналоговую форму этот ШИМ сигнал переводится интегрированием на катушке индуктивности и далее, на динамик. Чем ниже частота сигнала, тем выше точность воспроизведения его аналогового значения из последовательности ШИМ. Потому, сабвуфер – лучшее место для такого УМ. Есть попытки сделать полный (широкополосный) УС в классе D, но многие эксперты у области звука, качество сигнала на выходе таких УМ, очень критикуют.

Подборка статей, посвящённая получению, по возможности, наиболее качественного звука из архаичных, презираемых аудиофилами, ИС типа , , , , . Применён очень грамотный конструкторский подход, позволяющий малыми средствами добиться впечатляющих результатов.

Обратите внимание, в одной из схем УМ, используется лимиттер, уже упоминавшийся здесь.

Продолжаем тему грамотного применения простых, легкодоступных ИС. Вот примеры того, что можно сделать, используя такую заслуженную ИС как TDA2030.

Простой и, по своему, красивый УМЗЧ, собранный на трёх доступных ИС. Селектор входов – , регулятор громкости и тембра – , усилитель мощности – в мостовом включении. В усилителе, внутренними средствами использованных ИС, реализован лимиттер, уменьшающий искажения сигнала в областях ограничения по питанию. Сделано это очень просто – с выхода детектора искажений TDA1555Q, сигнал подаётся в цепь электронного регулятора громкости ИС TDA 1524. При появлении искажений, сигнал с вывода 15 ИС УМ TDA1555Q передаётся на электронный регулятор уровня громкости BC TDA1524, что приводит к уменьшению уровня входного сигнала ИС УМ, тем самым рост искажений (ограничения сигнала), значительно замедляется. Так же в статье описаны подходы к оценке качества собранного УМ и его компонентов.

От себя добавлю, что по нынешним временам, одну ИС УМ TDA1555Q лучше заменить на две (если хотим использовать мостовое включение, в чём есть ряд плюсов, упомянутых в статье) ИС УМ . Главное различие в том, что старая ИС работает в классе B, практически без тока покоя выходных транзисторов, что вносит некоторую долю искажений типа «ступенька», а предлагаемая на замену – работает в классе AB, что даёт, как минимум, двукратный выигрыш в коэффициенте гармоник. При этом, в обеих микросхемах применены комплиментарные пары транзисторов в выходных каскадах, что является серьёзным плюсом. Так же обе микросхемы имеют выход детектора искажений, что позволяет реализовать функцию лимиттера и в УМЗЧ на обновлённой элементной базе.

Дальнейшая разработка темы многоканального УМЗЧ с лимиттером, по мотивам вышеупомянутой статьи Н.Сухова про «Полный УМЗЧ на трёх микросхемах» привела к обнаружению интересного семейства ИС УМЗЧ с функцией диагностики – расширенной версии детектора клиппинга. , – все эти микросхемы имеют по 4 канала УМЗЧ с комплементарными парами транзисторов в выходном каскаде, работающем в классе AB. Два усилителя инвертирующие, два – не инвертирующие. Цоколёвка, в основном, совпадает, вывод диагностики – каскад с открытым коллектором на выводе №10. На ИС этой группы можно собирать мостовые УМЗЧ или УМЗЧ 2+1, где низкочастотный канал собран по мостовой схеме, а СЧ-ВЧ секции имеют штучные усилители.

Очень мудрая статья, подробно объясняющая, какие звуки и в каких сочетаниях, человеческое ухо слышит, или, наоборот, не слышит. И разбор этот ведётся в отношении звуков, воспроизводимых парой УМ+АС. По прочтении становится понятно, почему так притягателен звук ламповых УМ, при посредственных, мягко говоря, характеристиках оных, и как УМ на современных полупроводниках, накачивают звуковой выходной сигнал компонентами, которых нет во входном. Можно сказать, что эта статья предвосхитила направление создания «УМЗЧ Высокой Верности» - усилителей, предназначенных для органолептического обнаружения искажений в источниках звукового сигнала. За эту верность, весь класс УМЗЧ ВВ, независимо от имён разработчиков, стал ненавидим аудиофилами, вдруг обнаружившими ущербность своиз проигрывателей винила или CD.

Автор применил более современные, высоковольтные транзисторы повышенного быстродействия и подкорректировал схему в угоду оптимизации (повышению стабильности) работы самого медленного – выходного – каскада. В статье так же приведены ответы Сухова, на вопросы читателей, решивших повторить этот знаменитый УМ. Особое внимание уделено компьютерному моделированию описываемого и других УМЗЧ – как средству аналитического контроля характеристик разрабатываемого или намеченного к повторению устройства.

Возможно, при выборе микросхем для усилителей, схем их включения и оценки качества усилителей (любых), в целом, будет интересен давно забытый метод векторной индикации искажений, активно пропагандировавшийся в 70х - 80х годах И.Акулиничевым, и сейчас уже никем не используемым в угоду компьютерным программам, проводящим диагностику усилителя через звуковую карту.

Акулиничев ослаблял выходной сигнал усилителя до уровня входного, и в противофазе складывал их на пластинах вертикального и горизонтального отклонения осциллографа. Все помехи и искажения становились видны "на глаз", без замутнения цифроаналоговыми преобразователями. "Идеальный" усилитель давал эллиптическую петлю, которую, регулируя фазовый сдвиг в измерительной приставке, можно было сложить в отрезок. Все "ступеньки", звон, нелинейности, ограничения, вылезали на этой петле в виде затейливых волн, загагулин и пучностей. При этом, величина этих загогулин по вертикали - пропорциональна величине искажений в процентах. Это отрывок моего поста на одном из профильных радиолюбительских форумов. Далее приводятся подробности и методики измерений, описание некоторых практических опытов, а так же списки литературы (два раза), по вопросам векторного анализа искажений УМЗЧ.

Дополнительно добавлены копии статей Акулиничева, по его векторным индикаторам искажений, результаты измерений Кни УМЗЧ на TDA2005 в ИНВЕРТИРУЮЩЕМ включении,

а так же результаты тестирования большой группы ОУ отечественного производства, советских времён при однополярном питании 5 – 15 В, при Ку=10 это можно считать своеобразным стресс-тестом ОУ на предмет применимости в звуковоспроизводящей аппаратуре. Папка с фотографиями осциллограмм результатов тестирования ОУ, находится . Подробности по произведённым опытам, описанием испытательной установки – векторного индикатора искажений Акулиничева, и его, индикатора, доработки – в упомянутой выше .

Дополнение.

Продолжая тему практического применения векторного индикатора искажений, хочу привести результаты ещё двух опытов. Исследовалась ИС УМ , содержащая два инвертирующих и два не инвертирующих усилителя мощностикласса AB, с раздельными входами ивыходами. Эта ИС может применяться для построения двухканального мостового УМЗЧ, УМЗЧ вида 2.1, с мостовым НЧ каналом, или просто в качестве четырёхканального усилителя мощности. Важной особенностью этой ИС, и ряда других ИС УМ серии TDA73xx является наличие, так называемого «выхода диагностики» или «клип детектора» или «детектора искажений». К этому выводу, открытым коллектором, подключён npn транзистор, открывающийся, если напряжение на выходе любого из каналов достигнет ограничения по высокому или низкому уровню, или кристалл ИС нагреется выше допустимого значения. Такое же устройство (4 независимых канала плюс вывод диагностики) имеют ИС УМ серии TDA155x, в том числе , на которой Николай Сухов сделал свой «Полный УМЗЧ на трёх микросхемах» . Но есть нюанс – более старая микросхема TDA1555Qработает в классе B, имеет на порядок больший уровень искажений и, что удивительно, стоит дороже (в Санкт Петербурге), чем рассматриваемая TDA7377.

Вот что получилось в результате проверки ИС УМЗЧ TDA7377 при помощи векторного индикатора искажений Акулиничева:

TDA7377 Инвертирующий канал

Обращаю Ваше внимание на то, что измерения проводились на частоте 30 КГц.

Чуть позже, я протестировал эту же ИС TDA7377 уже «компьютерным» способом, при помощи упоминавшейся программы . Вот результаты спектрального анализа искажений, вносимых TDA7377 при работе на частоте 100 Гц. (При измерениях на 1000Гц, измеренный уровень искажений получается ещё меньше, значительная часть рабочего диапазона выпадает из рассмотрения.)

TDA7377 Не инвертирующий канал

TDA7377 Инвертирующий канал

Можно заметить, что спектральный анализ состава искажений, для этого экземпляра TDA7377, так же показывает некоторое (в одну сотую:-)) преимущество не инвертирующего канала, что может быть подтверждением допустимости оценки качества УМЗЧ, методом селекции сигнала искажений Акулиничева.

ARTA Sofrware и спектральный анализ искажений простых ИС УМЗЧ.

Упомянув про спектральный анализ состава искажений, проведённый для ИС TDA7377, я хочу так же рассказать о других, полученных «по случаю» результатах измерения ИС серии TDA20xx, оказавшихся в это время в состоянии работоспособных макетов УМЗЧ, годных для опытов. Почти без комментариев. «Найдите десять отличий», как говорится.

К174УН14, Инвертирующее включение, 1КГц

Это очень краткий конспект пятидесятидевятистраничного топика на Вегалаве, посвящённого схемам и концепциям защиты УМ и АС от повреждения в аварийных ситуациях. Приводятся ссылки на страницы, откуда взяты наиболее интересные, на мой взгляд, схемы. Вопросы по заинтересовавшей Вас схеме защиты, можно задать и здесь, через кнопку обратной связи.

Высококачественный регулятор громкости, баланса и тембра на LM1036N.

Чтобы придать звуку необходимую окраску, в звуковоспроизводящую аппаратуру устанавливают различные темброблоки, способные раздельно и плавно изменять регулировку высоких и низких частот. Эти регуляторы подразделяются на пассивные (не усиливающие уровень входного сигнала), и активные (в которых входной сигнал усиливается).

Мы с вами сейчас рассмотрим один и вариантов высококачественного активного темброблока с возможностью регулировки громкости и баланса звука в усилителях НЧ высокого класса.

Схема реализована на интегральной микросхеме LM1036N. Она выпускается фирмой National Semiconductors, цена не большая. В качестве регуляторов применены сдвоенные переменные резисторы, монтируемые на печатной плате. Это позволяет надежно удерживать конструкцию в корпусе усилителя без использования дополнительных крепежных элементов. В модуле предусмотрен режим включения/отключения тонкомпенсации. Принципиальная схема устройства изображена на рисунке ниже.

Характеристики устройства:

Диапазон частот, Гц..........................................................20.....20000
Отношение сигнал/шум, дБ.............................................................80
Разделение каналов, дБ............................................................. ....75
К гармоник при Uвх 0,3В на частоте 1кГц, %..............................0,06
Rвх, кОм.........................................................................................30
Rвых, кОм......................................................................................20
Диапазон регулировки громкости, дБ...........................................75
Диапазон регулировки тембра на частотах 40Гц и 16 кГц, дБ......... +-15

Плата регулятора изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Вид со стороны проводников изображен на следующем рисунке.

Расписывать особо тут нечего, после сборки никаких настроек делать не нужно, правильно собранная схема начинает работать сразу. Этот вариант регулятора отлично подходит для совместной работы с усилителем НЧ на TDA7294.

УМЗЧ ВВС-2011 версия Ultimate

УМЗЧ ВВС-2011 версия Ultimate автор схемы Виктор Жуковский г. Красноармейск

Технические характеристики усилителя:
1. Большая мощность: 150 Вт / 8 Ом,
2. Высокая линейность — 0,000.2…0,000.3% при 20 кГц 100 Вт / 4 Ома,
Полный набор сервисных узлов:
1. Поддержания нулевого постоянного напряжения,
2. Компенсатора сопротивления проводов АС,
3. Токовая защита,
4. Защита от постоянного напряжения на выходе,
5. Плавный старт.

УМЗЧ ВВС2011 схема

Разводкой печатных плат занимался участник многих популярных проектов LepekhinV (Владимир Лепехин). Получилось очень неплохо).

УМЗЧ-ВВС2011 плата

Плата усилителя УНЧ ВВС-2011 была разработана под тоннельный продув (параллельно радиатору). Монтаж транзисторов УН (усилителя напряжения) и ВК (выходного каскада) несколько затруднен, т.к. монтаж/демонтаж приходится производить отверткой через отверстия в ПП диаметром около 6 мм. Когда доступ открыт, проекция транзисторов не попадает под ПП, значительно удобней. Пришлось плату немного доработать.

В новых ПП не учел один момент — это удобство настройки защиты на плате усилителя:

С25 0.1n, R42* 820 Ом и R41 1k все элементы смд и находятся со стороны пайки, что весьма не удобно при настройке, т.к. надо будет несколько раз откручивать и прикручивать болтики крепления ПП на стойках и транзисторов к радиаторам. Предложение: R42* 820 состоит из двух резисторов смд расположенных параллельно, от сюда предложение: один резистор смд запаиваем сразу, другой выводной резистор навесом паяем к VT10 один вывод к базе, другой к эмиттеру, подбираем до подходящего. Подобрали, меняем выводной на смд, для наглядности:

Описанный в УМЗЧ высокой верности разрабатывался для субъективной экспертизы звучания цифровых лазерных проигрывателей компакт-дисков (ПКД).

При проведении экспертизы к выходу УМЗЧ подключались мощные высококачественные акустические системы (АС), а его вход соединялся С выходом ПКД с целью обеспечения минимальных фазовых и нелинейных искажений, а также снижения уровня шумов посредством простейшего резистивного делителя напряжения, в качестве которого использовался проволочный переменный резистор СП5-21-А-2 сопротивлением 15 кОм.

Этим делителем можно установить громкость 90—94 фон, необходимую для проведения субъективной экспертизы, поскольку при такой громкости обеспечивается нормальный баланс спектра и нет необходимости в дополнительной частотной коррекции. В дальнейшем регулировка осуществлялась только при смене типа АС или отличии номинального выходного напряжения испытуемого ПКД от стандартного (2 В эфф).

При использовании описанного УМЗЧ в качестве базового усилителя высококачественного звуковоспроизводящего комплекса его необходимо дополнить тонкомпенси-рованным регулятором громкости и регулятором тембра, имеющим чувствительность 150...200 мВ. Описание такого блока регулировки, разработанного автором, и приводится в публикуемой ниже статье.

Основные технические характеристики

• Входное сопротивление, кОм - 150
• Номинальное входное напряжение, мВ - 150
• Номинальное выходное напряжение, м В - 800
• Относительный уровень собственных шумов: взвешенное значение - 94дБА, невзвешенное значение - 88дБ
• Глубина регулирования громкости, дБ - 36
• Глубина регулирования тембра, дБ + 10...—10
• Коэффициент гармоник, %, при номинальном уровне ВЫХОДНОГО сигнала.<0,001 %
• Перегрузочная способность, дБ 4-18.

Принципиальная схема и принцип работы

Принципиальная схема блока приведена на рис. 1. Первый его каскад собран на ОУ DA1.1 (DA2.1) и выполняет функции регулятора стереобаланса. Резистором R21 коэффициент усиления каждого канала можно изменять в пределах ±4 дБ.

Второй каскад блока собран на ОУ DA1.2 (DA2.2) и представляет собой модификацию активного тонкомпенсирован-ного регулятора громкости, подробно описанного в .

Принцип частотной компенсации этого регулятора в области НЧ основан на изменении при регулировании громкости постоянных времени цепей ООС, охватывающих ОУ — C3R5R7.1 и R7.1R9C6 (C15R26R7.2 и R7.2R30C18), а также изменении АЧХ частотно-зависимого делителя R5R6C4 (R26R27C16) при перемещении движка регулятора громкости R7.1 (R7.2).

Частотную компенсацию в области высших частот обеспечивает цепь C5R8 (C17R28), включенная параллельно части резистора R7.1 (R7.2). В крайнем левом (по схеме) положении движка R7.1 (R7.2) выполняется условие C3R5 = C6(R9+R7.1) (C15R26 = C18(R30+R7.2)).

Принципиальная схема высококачественного регулятор громкости, баланса и тембра ВЧ/НЧ.

Цепь C4R6 (C16R27) зашунтирована согласно принципу виртуального замыкания входов ОУ, а цепь C5R8 (C17R28) шунтирует соответствующая секция резистора R7.1 (R7.2), поэтому каскад имеет единичный и частотнонезависимый (в звуковом диапазоне) коэффициент передачи.

АЧХ, формируемые каскадом в крайних и среднем положениях регулятора громкости R7, показаны на рис. 2 и мало отличаются во всем диапазоне регулирования от идеальных кривых тонкомпен-сации, построенных на основании кривых равной громкости Флетчера — Мансона .

Особенность описанного регулятора громкости — близкая к экспоненциальной зависимость коэффициента передачи на средних частотах при линейной функциональной зависимости сопротивления от угла поворота оси резистора R7.

Это обеспечивает максимальную плавность регулирования, так как повороту оси на один и тот же угол соответствуют равные приращения громкости. Электронные коммутаторы на транзисторах VT1.1. и VT1.2 (VT1.3 и VT1.4) позволяют отключить тонкомпен-сацию.

На ОУ DA3.1 (DA3.2) выполнен активный регулятор тембра низших R13.1 (R13.2) и высших R14.1 (R14.2) частот . На рис. 3 показаны АЧХ, формируемые этим каскадом в разных положениях регуляторов. Как видно из рисунка, максимальная глубина коррекции составляет 10 дБ, что вполне достаточно для звуковоспроизводящего комплекса высокой верности.

В то же время ограничение глубины коррекции позволило уменьшить рассогласование АЧХ и ФЧХ правого и левого каналов до уровней соответственно не более 0,2 дБ и 3 град, в диапазоне частот 20...20 000 Гц в любом положении регуляторов (то же самое относится и к регулятору громкости), что важно для сохранения неизменного положения кажущихся источников звука при натуральном стереозвучании.

Применение активных регуляторов громкости и тембра позволило обеспечить требуемый динамический диапазон устройства в целом достаточно простыми средствами.

Для измерения коэффициента гармоник применялась методика с подавлением первой гармоники, описанная в . На рис. 4 приведены спектрограммы сигнала на выходе блока регулировки громкости и тембра при подаче на его вход сигнала от генератора, спектр которого показан на рис. 5 (первая гармоника частотой 1 кГц на обеих спектрограммах подавлена на 60 дБ).

Относительный уровень наибольшей второй гармоники составляет —108 дБ, что соответствует коэффициенту нелинейных искажений по второй гармонике 0,0004 %, а с учетом высших гармоник общий коэффициент гармоник не превышает 0,001 %.

Вследствие падения петлевого усиления ОУ на высших звуковых частотах уровень интермодуляционных искажений устройства несколько выше. На рис. 6 показаны спектрограммы выходного сигнала при подаче на вход устройства суммы двух синусоидальных напряжений частотой 19 и 20 кГц.

На спектрограмме уровни полезных составляющих (19 и 20 кГц) подавлены на 45 дБ, относительный уровень интермодуляционной составляющей разностной частоты (1 кГц) равен —92 дБ, что соответствует коэффициенту интермодуляционных искажений 0,0025 %.

Конструкция и детали

Блок регулировки питается от стабилизаторов напряжения, выполненных на транзисторах VT2, ѴТЗ и стабилитронах VD2, VD3 и подключенных непосредственно к шинам нестабилизированного источника питания УМЗЧ.

В устройстве применены постоянные резисторы MJ1T-0,125, сдвоенные переменные проволочные прецизионные резисторы СП5-21А-2 (R7, R13, R14) и СП5-21Б (R21). С несколько худшими результатами можно применять СПЗ-30г (R7, R13, R14) и СПЗ-30а (R21). В этом случае разбаланс громкости и АЧХ не будет превышать 2 дБ. В качестве оксидных конденсаторов используются К50-16, остальные КМ-4, КМ-5, КМ-6, К73-11.

Номиналы всех постоянных резисторов и конденсаторов СЗ-С6, С9, С15-С18, С21 не должны отличаться от указанных на принципиальной схеме более чем на 5 %, конденсаторов С8, С10, С20, С23 - более чем на 10 %, остальных — на 20...80 %.

Замена ОУ К157УД2 на другие нежелательна ввиду их хороших шумовых свойств и высокой линейности, а также возможности работать на сравнительно низкоомную нагрузку.

Оба канала устройства собраны на печатной плате из стеклотекстолита. Рисунок печатных дорожек показан на рис. 7, а, а расположение деталей — на рис. 7, 6.

При пониженных требованиях к разбалансу громкости АЧХ и ФЧХ пределы регулирования громкости и тембра могут быть расширены.

Так, чтобы довести глубину регулирования громкости до 60 дБ, следует изменить номиналы четырех резисторов (R6 = R27 = 470 Ом, R9—R30= 1 кОм) и двух конденсаторов (С4 = С16 = 1 мкф), а чтобы увеличить пределы регулирования тембра до ±16 дБ, нужно уменьшить сопротивления восьми резисторов (R15 = R16 = R33 = R34 =300 Ом, R12—R17 = R32 = R36 = 2,7 кОм).

Печатная плата для высококачественного регулятора громкости, баланса и тембра.

Налаживание

Налаживания правильно собранный блок регулировки громкости и тембра не требует. Печатные платы темброблока поставляются кооперативом «Маяк» (см. «Радио» 1990, № 7, с. 80).

Н. СУХОВ. г. Киев, Украина.

Литература:

1. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 6, с. 55— 57.
2. Сухов Н., Бать С., Колосов В., Чупаков А. Техника высококачественного звуковоспроизведения.— Киев: Тэхника, 1985, с. 27, рис. 2.8. 6.
3. Newcomb A., Young R. Practical loudness: ап active circuit design approach.— Journal of the Audio Engineering Society, 1976, Vol. 24, N I, pp. 32—35, fig. 1.
4. Сухов H., Бвть С., Колосов В., Чупаков А. Техника высоко-качественного звуковоспроизведения.— Киев: Тэхника, 1985, с. 35, рис. 2.17.
5. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 7, с. 59, рис. 7.

Эта статья - логическое продолжение моей .
К усилителю мощности ЗЧ в пару предполагается предварительный усилитель, в котором предусмотрена коммутация входов, регулировка громкости, возможно - тембров и еще какие-нибудь сервисные возможности.
Предварительный усилитель должен усилить аудиосигнал и согласовать его с усилителем мощности. Также входы предварительного усилителя должны быть согласованы с источником и по напряжению и по сопротивлению.

Хорошая и простая схема, корпус и нестандартное решение управлением регулировок предлагается вам в этой статье.

Электроника

Не буду вас утомлять описанием выбора и моих раздумий. Приведу сразу принципиальную электрическую схему:

Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только

Реле 1 переключает входы. На реле 2 и 3 сделан обход регуляторов тембра.
Баланс собран по статье «Регуляторы стереобаланса» из журнала «Радио» №1 за 1982 г., автор В. Ежиков г. Загорск. Представлен пассивный вариант схемы.
Анализировать расчет лучше в чем нибудь более гибком, поэтому был применен Microsoft Excel, где я и убедился, как и что работает по этой схеме. У меня в итоге подбора элементов вышла вот такая кривая регулирования:

Вживую тоже работает нормально, именно так как и хотелось.

Входное сопротивление предварительного в среднем положении баланса около 25 кОм. На самом деле оно немного плавает, в зависимости от положения баланса и громкости, но ниже 15 кОм не опускается.
Был еще вопрос, как включать баланс - до регулятора громкости или после? У меня после моделирования получилось, что до, входное сопротивление плавает меньше.

OP1 понятно зачем. Далее темброблок, активный, полная копия темброблока, примененная в «Высококачественном предварительном усилителе» Н. Сухова. Единственно, я не стал точно-точно подбирать емкости, поставил те, что были. Переменные резисторы как мог подбирал, постоянные подобрал поканально, а емкости не стал.
Тем не менее изменения в АЧХ в среднем положении очень незначительны. Осцилограф показывает почти тот же прямоугольник (1кГц), что и на входе. А на на слух незаметно совсем. Схема была сначала нарисована в симуляторе RFSim99 , который и показал, что мне нет особой необходимости все подбирать точно - и так все достаточно хорошо.

График недавних измерений АЧХ (в RMAA) в крайних положениях ручек тембра для наглядности:

На графике средние частоты сдвинуты по оси Y, это из-за разных уровней измерения (по другому не получается, не обращайте внимания), на самом деле середина стоит на 0 дБ. Снимал график на обычном ноутбуке со встроенной звуковой картой, поэтому, сами понимаете, картинка не идеал. Но это только на краях, там где звуковуха уже плоха.

В диапазоне 100 - 10.000 Гц все очень хорошо, а от 50 до 14000 вполне можно мерить, неравномерность мизерная.
АЧХ самой карты, при замкнутых вход на выход:

Снял и кривую в среднем положении ручек:

Видна разбежка в каналах на НЧ, поряка 1дБ, это переменные резисторы с разбросом, а на ВЧ все ровненько.
Когда включен direct (обход темброблока), АЧХ такая же как и у самой карточки:

Хотел еще измерить искажения, но не удалось. Какая-то странность, при подключении предварительного не видно на графике никаких гармоник, хотя при проверке карты, они адекватно отображаются. Около 0.021%.

Основа всего - шасси, на нем все крепится. Шасси из массива сосны 15 мм. У меня был кусок щита, почему бы и нет? На фото шасси синего цвета. Снизу другого (коричневый). Так уж покрасил. Железяка с отверстиями - это прикрученная к шасси стальная часть какого-то устройства, типа экран чего то там.

Передняя панель из профиля, того же, что и в УМЗЧ, только я немного обрезал его по высоте. Изнутри к ПП крепится деревяшка, к этой деревяшке так все удобно прикручивать. На фото она тоже синенькая.

А крышка спереди вставляется в паз и ничем не крепится.

Шасси, заднюю панель и боковины связывает кусок силуминового профиля-отливки от магнитофона «Маяк». Вот эта профильная фиговина бело серого цвета - она и есть.

К ней крепятся шасси, боковины и задняя стенка из алюминия и деревянная часть передней панели. Сама же металлическая часть переда надевается на эту деревяшку и фиксируется саморезами сверху и снизу (там, где не видно). Ножки - как же без ножек - прикручены саморезами изнутри. Ножки деревянные и сделать это легко. Резиночки на ножках вырезаны из старого коврика для компьютерной мышки.

Немного саморезов + 9 деталей + ножки, чуть терпения и - корпус есть!

Я говорю про пластиковые черные колечки вокруг ручек и кнопки «Сеть». Дело в том, что с некоторых пор мне полюбились ручки, вставленные в переднюю панель насквозь. Для этого прорезаю отверстия в передней панели больше диаметра ручек, а край отверстия прикрываю кольцом, выточенным из полистирола или другой пластмассы.

Точатся кольца достаточно просто, почти на коленке. Единственное обязательное условие - наличие электрического привода вращения. Например, дрели. Остальные инструменты легко изготовить из подручных средств. Резцом может служить хорошо заточенное шило с чуть срезанным острием. Очень важно, чтобы резец был заточен как можно острее, иначе полистирол будет плавиться и ничего не выйдет. По той же причине не нужно стремится снять за один проход много материала.

Заготовкой кольца обычно служит кусок полистирола от задней (если нужен черный цвет) панели какой-нибудь аппаратуры. Или произвольной формы, или, если не лень, в виде круга. Далее эта заготовка клеится «моментом» на шайбу из дерева, зажатую в патрон дрели.

Сам себе токарь

Допустим, есть дрель с патроном и способ как дрель зафиксировать на столе. Допустим я вас соблазнил, и вы захотели сделать как я.
Тогда проще всего закрепить деревянную болванку в дрель следующим способом: берется металлический болт или шпилька с резьбой, от болта отрезается шляпка, в деревяшке сверлится отверстие, приблизительно на 1 мм меньше, чем диаметр резьбы, в начале резьбы снимается широкая фаска. Зажимается болт в патрон дрели и как метчиком, с усилием нарезаем резьбу в отверстии. На самом деле она выдавливается и накатывается. Все, шпилька с резьбой ввинчивается в деревянную болванку до упора и зажимается в патрон дрели.

Итак, клей высох и можно точить.