Буферные усилители (БУ), устанавливаемые на аудиовыходах проигрывателей компакт дисков (ПКД), позволяют заметно улучшить качество звуковоспроизведения проигрывателей. Именно по этой причине производители CD проигрывателей нередко устанавливают в свои изделия буферные схемы даже на электровакуумных приборах.

Буферный усилитель на полевых транзисторах

Например, модель JD601A фирмы JOUDA Inc. (стоимостью $650) оснащена выходным каскадом на лампах, а модель CD6 фирмы АМС ($510) имеет симметричный выход на лампах. Как показывает практика, установка буферного усилителя в более дешевые проигрыватель компакт дисков также дает хорошие результаты.

Конечно, можно приобрести фирменный буферный усилитель, но стоимость таких изделий составляет десятки (и более) долларов. Радиолюбителю же не составит особого труда собрать буферный усилитель на отечественных радиокомпонентах с минимальными затратами.

Обычно в стационарных проигрывателях компакт дисков внутри корпуса немало свободного пространства, поэтому буферный усилитель можно разместить в корпусе проигрывателя компакт дисков, максимально укоротив соединительные провода между проигрывателем компакт дисков и буферным усилителем.

Об искажениях соединительных проводников написано очень много. И вывод один: чем больше сечение проводника и меньше его длина, тем меньше вносимых им искажений. Предлагаемый буферный усилитель соединен с проигрывателем компакт дисков очень короткими проводниками, что обеспечено соответствующим расположением радиокомпонентов на его печатной плате.

Рассмотрим на сайте радиочипи рисунок.1. Для обеспечения необходимого качества звуковоспроизведения применены полевые транзисторы с изолированным затвором. Биполярные транзисторы изменяют свое входное сопротивление при изменении сопротивления нагрузки, а входное сопротивление полевых транзисторов с обратно смещенным p-n-переходом (затвором) при прямом смещении затвора резко уменьшается при большом входном напряжении сигнала.

Полностью избавиться от указанных недостатков можно, используя МОП (МДП)-транзисторы или радиолампы. Но корпус данного CD проигрывателя не имеет вентиляционных отверстий, и ламповый буферный усилитель пришлось бы разместить вне его. Исходя из вышесказанного использованы МОП полевые транзисторы типа 2П902, обладающие малыми значениями внутренних емкостей и достаточной крутизной. Выходное сопротивление схемы (с учетом сопротивления резистора R10) около 400 Ом.

Транзистор VT1 работает в линейном классе “А” с током покоя около 30 мА. На транзисторе VT2 выполнен генератор стабильного тока (ГСТ). Буферный усилитель не имеет обратных связей, и это благоприятно сказывается на его работе и устойчивости к генерациям на ВЧ. Для повышения устойчивости схемы на ВЧ предназначены и резисторы R4, R7-R10.

Питание обоих каналов буферного усилителя осуществляется от одного двуполярного стабилизатора напряжения (изображение.2) Применение отдельного сетевого трансформатора для питания буферного усилителя позволяет избавиться от проблем с контурными токами по общей шине питания.

Кроме того, источники питания в аппаратуре дальнего зарубежья, как правило, не имеют большого запаса по мощности. Поэтому подключение дополнительной нагрузки может нарушить нормальный режим работы проигрывателя компакт дисков и даже вывести его из строя. Схема стабилизатора предельно проста [1]. Дополнительно в нее введены резисторы R13 и R18, ограничивающие ток в критических ситуациях.

Выходное напряжение такого стабилизатора определяется суммой напряжения стабилизации стабилитрона VD5 (VD6) и падением напряжения перехода база-эмиттер транзистора VT4 (VT5). Несмотря на свою простоту, схема стабилизатора обладает хорошими характеристиками. Главное ее достоинство – высокая эксплуатационная надежность, чего нельзя сказать об интегральных стабилизаторах.

Для защиты от помех и наводок в нашей электросети на входе сетевого трансформатора буферного усилителя установлен ФНЧ на элементах R11, R12, С7. Для этого же предназначен и конденсатор С10. Вопрос качества электролитических конденсаторов решается шунтированием их дополнительными неэлектролитическими (К73-17).

Конструкция буферного усилителя

Вместе со стабилизатором и сетевым трансформатором собран на одной печатной плате. Рисунок печатной платы показан на рис.3. На ней смонтированы электролитические конденсаторы типа К50-35 (СЗ, С6, С8, С12, С14, С16) и К73-17 (все остальные). Элементы фильтра сетевого питания закреплены на отдельной пластине текстолита и спаяны между собой гибкими проводниками.
Постоянные резисторы типа МЛТ, подстроечные типа СП- 38 В. Диоды типа КД213 в выпрямителе недорогие и имеют хорошие характеристики.

Стальные сердечник и каркас для сетевого трансформатора – от трансформатора магнитолы РИГА-100, обмотки которого удалены и намотаны новые. Первичная обмотка содержит 3000 витков провода ПЭЛ (0,09), а вторичная – 2 х 350 витков ПЭЛШО (0,25). Между I и II обмотками расположен электростатический экран – один слой провода ПЭЛШО (0,25), намотанный виток к витку. К печатной плате трансформатор закреплен с помощью полоски жести, к которой прикреплена и плата сетевого ФНЧ.

Сопротивления резисторов ФНЧ R11 и R12 рассчитаны таким образом, что рассеиваемая на них мощность равна приблизительно половине допустимой, что позволяет использовать эти резисторы в качестве сетевых предохранителей. Такое решение нередко встречается в аппаратах фирм дальнего зарубежья. Полевые транзисторы VT1, VT2 размещены на плате без теплоотводов, и резисторы R4, R9 припаяны прямо к выводам транзисторов. Транзисторы стабилизатора VT3, VT6 снабжены малогабаритными ребристыми теплоотводами площадью 40 см².

Налаживание буферного усилителя начинают с проверки работоспособности двуполярного стабилизатора напряжения. Следует учесть, что вторичная обмотка трансформатора рассчитана на ток <0,25 А. При перемотке трансформатора количество витков/на вольт увеличено для уменьшения выделяемого тепла в замкнутом пространстве герметичного корпуса проигрывателя компакт дисков. Установку режимов работы полевых транзисторов буферного усилителя начинают с напряжения смещения VT1 (изображение.1).

Подстроечным резистором R1 устанавливают напряжение на резисторе R5 около 1,5 В (на движке подстроечного резистора напряжение около 3 В). Это значит, что для транзистора типа КП902А с S = 20 мА/В и Iс.нач ≈ 0 ток стока достигнет 30 мА. Далее подстроечным резистором R6 устанавливают потенциал на истоке VT1 в пределах 0… ±10 мВ. Иногда при этом можно избавиться от переходного конденсатора С4, закоротив (заменив) его проволочной перемычкой.

Регулировки резисторами R1 и R6 взаимозависимы, так что их, возможно, придется повторить. Процедура эта совсем несложная, и однажды настроенный буферный усилитель уже на протяжении нескольких лет ни разу в подстройке режимов не нуждался. Дрейф нулевого потенциала схемы определяется стабильностью двуполярного напряжения питания, стабильностью сопротивлений резисторов R1-R3, R5-R8 и качеством полевых транзисторов.

Применение стабилизатора напряжения позволяет отказаться от дополнительной стабилизации режимов работы транзисторов БУ какими-либо обратными связями или схемами (интеграторами и т.п.). Известно, что искажения усилителей на полевых транзисторах зависят от режимов работы их в схеме [4]. Поэтому важно обеспечить стабильность режимов работы транзисторов. Ток в цепи транзисторов VT1 и VT2 контролируют по падению напряжения на резисторе R9 (очень удобно при налаживании).

Достоинством схемы буферного усилителя является нечувствительность к замыканию выхода БУ (правый вывод резистора R10) на общий провод. Поскольку примененные полевые транзисторы являются ВЧ приборами, то возможно самовозбуждение усилителя. Если причина этого – транзистор VT2, то устранить генерацию удается включением в цепь его затвора резистора сопротивлением 1 кОм или дросселя (с малой собственной емкостью) – в цепь истока. Использовались дроссели от блоков старых армейских радиостанций (Р-104, Р-105), намотанные на радиофарфоре в один слой (без ферритового сердечника).

Установка блока буферного усилителя в проигрыватель компакт дисков требует особой аккуратности, поскольку необходимо снимать платы проигрывателя CD. Чтобы не нарушать дизайна проигрывателя CD, следует использовать те отверстия, которые имеются в корпусе. Установку буферного усилителя в проигрыватель CD начинают с доступа к сетевым клеммам аппарата. В данной модели проигрывателя компакт дисков это, кок оказалось, не так уж и просто. Для подведения сетевого напряжения к трансформатору буферного усилителя надо выкрутить винты крепления основной платы CD проигрывателя и винты, скрепляющие заднюю стенку проигрывателя компакт дисков.

После этого отсоединить разъем на плате, изменить положение основного блока проигрывателя компакт дисков, чтобы припаять сетевые проводники для питания БУ. Делать все эти операции следует очень аккуратно. Интересно, что в проигрывателе компакт дисков нет сетевых предохранителей. Напряжение сети подводится от соединителя прямо к первичной обмотке сетевого трансформатора печатными проводниками значительной ширины. Правда, проигрыватель компакт дисков этой модели никак не относится к аппаратуре класса High-End!

На имеющиеся в днище корпуса проигрывателя CD три отверстия метчиком М3 нарезана резьба, и этих отверстий оказалось достаточно для крепления БУ. При установке буферного усилителя в CD проигрывателе транзистор VT6 (КТ816) пришлось перенести на новое место, и закрепить возле резистора R13. Элементы БУ второго канала повторяют порядковые номера первого канала.
Подключение буферного усилителя к проигрывателю CD также несложно.

Соединение общих проводов буферного усилителя и проигрывателя компакт дисков делается в одной точке (основной платы проигрывателя компакт дисков) многожильным нелуженым проводником большого сечения (экранная оплетка от телевизионного кабеля РК- 75). Входы БУ проще всего подключить к входам штатного телефонного усилителя (ТУ) проигрыватель компакт дисков, найти которые нетрудно.

Плата БУ разработана с таким расчетом, чтобы входы БУ были подключены самыми короткими проводниками к входам ТУ. При этом выходы ТУ отпаивают от гнезда телефонов, и гнездо подсоединяют к выходам БУ. Особой потери нет, поскольку штатный ТУ работает крайне неудовлетворительно. При этом в CD проигрывателе появляются уже два аудиовыхода: штатный и после БУ.

Буферный усилитель – схема на полевых транзисторах

Схема буферного усилителя (рис.1) рассчитана таким образом, что допускает применение практически любых полевых транзисторов типа 2П902 (КП902). Следует помнить, что они могут иметь утечки по затвору (2]. При этом ток затвора может увеличиваться на три порядка и более. Транзистор VT1 не должен иметь существенных утечек по затвору, в противном случае будет уменьшаться смещение на его затворе, и режим работы БУ нарушится.

Утечки по затвору определялись по схеме, показанной на изображение.7 в (2]. В цепь затвора транзистора включали резистор сопротивлением 100 кОм, параллельно которому подсоединяли цифровой вольтметр В7-38. Ток утечки 1 мкА в цепи затвора вызывает напряжение 100 мВ. В то же время экземпляры с токами утечки по затвору 10 мкА и более вполне работоспособны в качестве VT2.

Косвенно оценить величину тока утечки транзистора VT1 в схеме БУ можно по падению напряжения на резисторе R3 (для этого достаточно выпаять один вывод резистора R5). Полевой транзистор с малыми утечками не потребляет тока в цепи смещения (падение напряжения на резисторе R3 близко к нулю). В качестве VT2 можно с успехом применять полевые транзисторы типа КП901А (2П901А), подобрав их предварительно по начальному току стока (1с.нач) в пределах 20-40 мА. В этом случае резисторы R6-R8 не нужны, поскольку ГСТ включают двухполюсником, и цепи смещения не нужны.

В качестве VT1 использовать транзистор типа КП901 нежелательно, поскольку у них большая входная емкость (у КП902 С11≈11 пФ, у КП901 С11≈100 пФ), величина которой становится соизмеримой с величиной распределенной емкости соединительных кабелей (проигрыватель компакт дисков – усилитель мощности), что нецелесообразно. Транзисторы стабилизатора можно заменить на любые кремниевые с аналогичными характеристиками.

Если имеется несколько десятков полевых транзисторов типа КП901А(Б), то можно отобрать их попарно для обоих каналов БУ и собрать схему, показанную на рисунке.4. Из 50 шт. полевых транзисторов типа КП901А автору удавалось отобрать 4-5 пар для подобных схем. Пригодны экземпляры с Iс.нач=30…50 мА. Как уже отмечалось, входная емкость С11 у транзисторов КП901А равна 100 пФ и более, поэтому в схему буферного усилителя введен резистор R2, предотвращающий работу проигрывателя компакт дисков на значительную емкость полевого транзистора VT1.

Резистор R2 и входная емкость транзистора образуют ФНЧ, частота среза которого приблизительно 30 кГц. Влияние этого фильтра на ВЧ звукового диапазона весьма незначительно, хотя меломаны все- таки улавливают на слух такие линии задержки звукового сигнала. Подбор полевых транзисторов с одинаковым значением Iс.нач в пары довольно сложен, поэтому добиться нулевого потенциала на истоке VT1 невозможно из-за разброса Iс.нач VT1 и VT2. Преимущество транзисторов типа КП901 перед КП902 в том, что они менее подвержены генерациям на ВЧ (из-за больших внутри электродных емкостей).

Они имеют в 5-10 раз большую крутизну, и во столько же раз уменьшается выходное сопротивление схемы, которое теперь определяется в основном сопротивлением резистора R4. Такие варианты БУ работали и от нестабилизированных источников питания. Стабилизатор напряжения (рисунок.2 см) можно собрать и на зарубежных ИМС. Были изготовлены и другие конструкции буферного усилителя, но лучшими (поле ламповых схем) оказались именно БУ, собранные на МОП полевых транзисторах.

Еще один вариант схемы буферного усилителя на МОП полевых транзисторах показан на изображении.5. Фактически это усилитель мощности звуковой частоты, выходное сопротивление которого определяется почти целиком резистором R11.

Единственное отличие его от традиционного УМЗЧ – отсутствие усилителя напряжения сигнала. В данном случае в этом нет необходимости, а если она и возникнет, то усилитель напряжения можно собрать еще на одном полевом транзисторе или радиолампе. На схеме не показаны блокировочные конденсаторы, аналогичные на рис.4.

Налаживание схемы (рисунок.5) мало отличается от налаживания предыдущих. Сначала подбирают сопротивление резистора R6 для получения тока покоя выходных транзисторов VT3, VT5 в пределах 100 – 150 мА. После этого добиваются установки нулевого потенциала на выходе усилителя подстроечным резистором R2. Термостабильность напряжения смещения транзистора VT2 достигнута использованием стабилитрона с малым ТКН и установкой наиболее выгодного тока через него (10 мА) резистором R1.

Такой БУ допускает подключение к его выходу низкоомной нагрузки, например, головных телефонов. В авторском варианте шесть подобных усилителей работают в составе трехполосного стереокомплекса. Несколько таких буферных усилителей установлены в разные модели CD проигрывателя. Одно из преимуществ мощных МОП транзисторов производства дальнего зарубежья – небольшой разброс по параметрам. Особенно это удобно при налаживании БУ, если величины порогового напряжения транзисторов VT3, VT5 близки или имеют небольшой разброс.

Несмотря на очень простую схемотехнику БУ, подстраивать режимы работы полевых транзисторов в процессе эксплуатации не нужно. Блок питания и даже БУ из-за значительного выделения тепла выполнены в отдельном корпусе. Входы буферного усилителя и выходы CD проигрывателя соединены проводниками значительного сечения. Использовалась экранная оплетка кабеля РК-75, а вместо центральной жилы -“косичка” из нескольких изолированных друг от друга многожильных проводников. Во всех случаях длина соединительных кабелей не превышала 20 см.

Такой вариант конструкции БУ (в отдельном корпусе) хорош тем, что не требует вмешательства в CD проигрыватель (иногда по желанию владельца иного варианта и быть не может). Схемы ГСТ можно собирать и по гибридной схемотехнике с использованием биполярных транзисторов. Схему (рисунке.6, а) применяют в высококачественном УМЗЧ с однокаскадным усилением напряжения – УМЗЧ [5].

Схема (рис.6, б) позволяет получить большую стабильность тока, чем одиночные ГСТ на полевых транзисторах. Вместо биполярных транзисторов можно использовать кремниевые диоды, количество которых подбирают экспериментально (анод к затвору, катод к минусовой шине питания).

Следует отметить, что ГСТ, собранные по схемам рис.6, склонны к самовозбуждению. Устраняют генерацию традиционно: включением низкоомных резисторов в цепи базы и коллектора биполярного транзистора, а также дросселя в цепь стока транзистора VT2.

Буферный усилитель на лампе 6н23п

Особый интерес среди аудиофилов вызывают ламповые буферные усилители. Одна из самых удачных в схемотехническом отношении конструкций показана на рис.7. В каждом канале БУ используется одна радиолампа типа 6Н23П, которую применяли в ПТК-11 черно-белых телевизоров. Усилитель тока выполнен на катодном повторителе (Л 1.1), а на второй половине лампы собран “ламповый ГСТ”. Схема питается от двуполярного стабилизатора напряжения.Повысить стабильность режимов работы этого БУ удается применением ГСТ по схеме рис.6,6

Необходимо выбрать экземпляр VT2 с Iс.нач 0, подобрать сопротивление резистора R2 (ориентировочно 300 Ом), увеличить сопротивление резистора R1 до 33 кОм, а также снизить напряжение источника питания до безопасного (± 40 В). В этом случае оба канала БУ строят на одной радиолампе.

Но и буферный усилитель по схеме (рис.7) обладает приемлемым дрейфом рабочих режимов, поскольку оба триода находятся в одном баллоне, и температурный режим у них практически одинаков.

Основное преимущество схемы БУ рис.7 перед аналогичными ламповыми схемами с однополярным питанием в том, что на выходе отсутствует напряжение высокого уровня (БУ запитан двуполярным источником напряжения) – оно равно падению напряжения на резисторе R4.

Это обеспечивает автоматическое согласование с любыми транзисторными усилителями, подключаемыми к выходу буферного усилителя. БУ по схеме рис.7 снабжены схемами плавной подачи накального напряжения с последующей плавной подачей питающих. При эксплуатации на протяжении нескольких лет ламповые БУ не требовали подстроек режимов работы ламп или их замены. Необходимо было только выбрать экземпляры ламп с хорошей эмиссионной способностью.

Во всех схемах допустимо применение ГСТ на биполярных транзисторах. В выходном каскаде БУ по схеме рис.5 можно применять полевые транзисторы типа IRF610, 9610 или более мощных типа IRF640, 9640 (или аналогичных). Транзисторы КП901 и КП 902 также можно заменить на аналогичные зарубежные (и цены на те и другие приблизительно одинаковы). При работе схемы рис.5 на низкоомную нагрузку для предотвращения генерации мощных полевых транзисторов на ВЧ вместо резистора R11 подключалась катушка индуктивности (3-10 мкГн).

На выходе схемы следует установить так называемых компенсатор буше, состоящий из последовательно соединенных резистора и конденсатора (обычно 10 Ом и 0,1 мкФ). Устойчивость описанных БУ (при рациональном монтаже) обеспечивается максимальным сокращение каскадов до одного-двух. Следует помнить, что МОП полевые транзисторы очень любят генерировать ВЧ колебания из-за возникающих монтажных паразитных обратных связей. То же касается и радиоламп.

В сетках ламп должны быть установлены антипаразитные резисторы сопротивлением более 1кОм. Собственные искажения описанных схем БУ очень малы. Только схема БУ по рис.5 при работе с RH = 8 Ом имела коэффициент гармоник около 0,5%. Следует учитывать тот факт, что мощные полевые транзисторы вовсе не так уж и комплементарны (сказывается разница емкостей транзисторов VT3 и VT4, разница в их крутизне и пороговых напряжениях). Уменьшения искажений добивались подбором резистора R8 (рис.5) и уменьшением сопротивления резистора R10. Коэффициент гармоник при этом уменьшается в 1,5-2 раза.

Ускорить перезаряд входных емкостей полевых транзисторов VT3 и VT4 можно заменой резисторов R7 и R8 ферритовыми бусинками, надетыми на отводы затворов транзисторов VT3 и VT5. Частотный диапазон схем буферного усилителя весьма широк и простирается далеко за пределы 1 МГц. Его приходится понижать для обеспечения устойчивой работы БУ в звуковом диапазоне частот. Самой спокойной является схема буферного усилителя по рисунок.4, в которой диапазон входных частот резко ограничен до 30 кГц.

Все схемы буферного усилителя использовались в самых разнообразных узлах и блоках РЭА: от трехполосных кроссоверов, усилителей- корректоров ЭПУ до полосовых усилителей мощности, различных кабельных усилителей и т.д. Субъективная экспертиза буферных усилителей. В авторском варианте первоначально использовался трехполосный кроссовер с комплектом УМЗЧ и акустикой: высокочастотные и низкочастотные блоки [3]; среднечастотный блок – 4А32 (фазоинвертор) и низкочастотный сабвуфер (6 шт. 75ГД-НЗ, фазоинвертор).

К сожалению, пассивные фильтры в акустических системах (АС) зачастую способны свести на нет преимущество от использования буферного усилителя. К оценке качества работы буферного усилителя привлекались люди с хорошим музыкальных слухом и специалисты, занимающиеся конструированием и ремонтом высококачественной усилительной и акустической аппаратуры. Заранее никто не знал, какой выход CD проигрывателя подключался к кроссоверу с помощью реле с позолоченными контактами.

Мнения экспертов в оценке результатов не расходились, и вывод был один: звук не просто стал другим, он стал естественнее. При использовании буферного усилителя звук становился более живым во всем диапазоне частот. Даже самые низкие частоты стали более натуральными, и особенно это было заметно при подключении сабвуфера с отдельным УМЗЧ. Отдельно хочется сказать о том, что соединительные кабели действительно вносят существенные искажения. Достаточно измерить сопротивление проводника во всем диапазоне звуковых частот и сравнить значение его на двух крайних частотах (20 Гц и 20 кГц).