Предварительный усилитель с регулятором тембра

С недавних пор для регулирования громкости и тембра звука в звуковоспроизводящих устройствах используются активные регуляторы, органы управления которых включены в цепи отрицательной обратной связи, охватывающие один или несколько усилительных каскадов.
В отличие от пассивных схем регулирования, активные системы в звукотехнике Hi-Fi при одном и том же количестве элементов имеют большее отношение сигнал/шум и меньшие нелинейные искажения. Рассмотрим несколько детальнее вопрос о нелинейных искажениях для активных регуляторов громкости и тембра. Поставим вопрос: каков допустимый уровень нелинейных искажений, вносимых предусилителем?

Прежде чем ответить на этот вопрос, отметим, что ряд любительских и промышленных разработок активных регуляторов громкости и тембра (включая и фирмы “Technics” и “SONY”) имеют достаточно высокий процент нелинейных искажений. Для понимающих красивой сказкой является рекламное сообщение SONY и Technics о достигнутом коэффициенте нелинейных искажений 0,00008% (?!) в режиме класса “А”!

Реальность же совершенно иная коэффициент нелинейных искажений Кни в диапазоне 20 Гц…20 кГц находится между 0,06 и 0 3%. Если используется активный регулятор с одним транзистором, то при выходном напряжении порядка 1 В и максимальном подъеме АЧХ 15…20 дБ, К„и не менее 0,2…0,6%, а для регулятора с двумя транзисторами, образующими эмиттерный повторитель, Кни в самом лучшем случае будет равен 0,1…0,2%.

Сигнал, прошедший через устройство с коэффициентом нелинейных искажений 0,3%, невозможно отличить от сигнала, не имеющего искажений. Однако в выходном сигнале обычно имеются не замечаемые на слух искажения, которые могут стать слышимыми, если регулятор громкости и тембра имеет высокий Кни.

Таким образом, для того чтобы нелинейные искажения, вносимые различными каскадами звуковоспроизводящего устройства, были пренебрежимо малы, они должны быть гораздо меньше норм, регламентируемых стандартами DIN, МЕК, BDC и т.д. Разумным значением для Кни регулятора громкости и тембра будет 0,02…0,05%. Такого коэффициента можно достичь с помощью относительно простой, но оптимизированной схемы.

Вниманию любителей Hi-Fi предлагается модуль с активным регулятором громкости и тембра звука, являющийся, по существу, высококачественным стереопредусилителем. На его вход могут подаваться сигналы от различных источников величиной 250…300 мВ, а к выходу можно подключать УМЗЧ с номинальным входным напряжением 0,75… 1 В.

Электрическая схема одного из каналов модуля приведена на рис.1. Он состоит из истокового повторителя VT1, активных регуляторов громкости и тембра на транзисторах VT2, VT3 и VT4, VT5 соответственно, а также стабилизатора напряжения питания на транзисторах VT6, VT7 и диоде Зенера (стабилитроне) VD1. Для того чтобы коэффициент нелинейных искажений не превышал указанной выше величины для всего устройства, уровень сигнала на затворе VT1 не должен превышать 25 мВ. Поэтому делитель R1, R2 включен на входе каскада с VT1, а не после него, как это делается обычно.

Такого уровня вполне достаточно для получения большого отношения сигнал/шум. Сопротивление входного делителя выбрано сравнительно малым, чтобы уменьшить чувствительность устройства к помехам. Использование истокового повторителя на входе предусилителя значительно увеличивает возможности его применения. Если требуется чувствительность 25 мВ и Zвx~5 МОм, сигнал подается непосредственно через конденсатор С1, а делитель R1, R2 не используется.

Если на вход данного предусилителя включается проигрыватель с пьезокерамическим звукоснимателем, делитель необходимо рассчитывать заново. В этом случае R1 увеличивается до 2 Мом, a R2 — до 51 кОм. В случае, если этот модуль используется с магнитофоном или декой, входной каскад можно не ставить, поскольку корректирующие предусилители этих источников сигналов имеют достаточно низкое выходное сопротивление.

Сигнал тогда подается непосредственно на С2, однако при этом необходимо поменять его полярность по сравнению с указанной на рис.1; после этого сигнал подается на делитель из резисторов 8,2 кОм (к +Un) и 910 Ом (к общему проводнику). Из схемы видно, что усилители каждого из активных регуляторов одинаковы — имеются только небольшие различия в номиналах некоторых элементов

Благодаря использованию малошумящих транзисторов с большим коэффициентом усиления (h21э), усиление каждого из усилителей без отрицательной обратной связи примерно равно 1500. Это дает возможность уменьшить нелинейные искажения почти на порядок по сравнению с активными регуляторами громкости и тембра, выполненными по стандартной схеме.

Элементы С2, R6, СЗ, R8, R12, С4, входящие в цепь частотно-зависимой отрицательной обратной связи активного регулятора громкости, подобраны так, что при данном выходном сопротивлении истокового повторителя (600…100 Ом) обеспечивается наилучшая тонкомпенсация во всем диапазоне регулирования. Необходимый подъем АЧХ на НЧ и ВЧ при малом уровне громкости обеспечивается С4 и СЗ. Емкость С2 выбирается из условия, чтобы при максимальной громкости отсутствовал подъем на НЧ.

Громкость звука регулируется сдвоенным переменным резистором с логарифмической характеристикой без отдельных выводов для тонкомпенсации. Максимальное напряжение на выходе активного регулятора громкости при выбранном напряжении питания (+12 В) примерно равно 3 В. Исходя из этого обстоятельства, коэффициент передачи регулятора тембра на частоте 1 кГц выбран равным трем.

Это позволяет сохранять одним и тем же выходное напряжение на выходе рассматриваемого предусилителя независимо от положения движков сдвоенных резисторов R20 (для регулирования НЧ) и R22 (для ВЧ). При использовании этой части модуля в других устройствах или любительских конструкциях необходимо иметь в виду, что выходное сопротивление предыдущего усилительного каскада не должно превышать 700 Ом.

В модуле имеется стабилизатор постоянного напряжения +12 В, что дает возможность использовать нестабилизированный источник питания с напряжением в пределах 15…25 В. Кроме упомянутого стабилизатора на дискретных элементах, можно использовать также и трехвыводной интегральный стабилизатор 7812 в корпусе ТО-3. Элементы обоих каналов предусилителя монтируются на общей печатной плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Топология платы со стороны пайки и с монтажной стороны в масштабе 1:1 приведена на рис.2а и б

Детали. Кроме указанных на схеме предусилителя, в модуле могут быть использованы и другие малошумящие и высокочастотные транзисторы. Вместо КП303Е (для VT1) можно использовать и 2N3819; BF245B, С; BF256A, В. С; BFW11. Транзисторы VT2 и VT4малошумящие, типа n-p-n; VT2 должен иметь h21э не меньше 400, a VT4 не меньше 300. Кроме указанных, для VT2 и VT4 можно использовать и ВС239С; ВС169С; ВС149С; 2Т3168С; КТ3102Г.

Что же касается VT3 и VT5, то это малошумящие р-n-р транзисторы с h21э не меньше 100. Кроме указанных, для VT3 и VT5 можно использовать ВС309В, С; ВС152В, С; ВС159С; 2Т3309В, С; КТ3107Г. Для стабилизатора VT6, кроме упомянутого КТ315Г, можно использовать и КТ315Б, ВС547В, ВС237В, 2Т3167В или ВС107В; VT7 можно заменить на 2N1041K. Выбор диода Зенера VD1 довольно критичен он должен иметь UCT= (7,2…7.3) В.

Лучше всего заменить VD1 на диод Зенера с Uст = 6,8 В, и последовательно подключить к нему в прямом направлении один или два кремниевых диода. Для диодов можно использовать 2Д5607, КД503А, КД522Б и др. Для нормального функционирования схемы напряжение на выходе стабилизатора должно находиться в пределах 12…12.4 В. Резисторы и конденсаторы должны быть малогабаритными. Для электролитического конденсатора С2 желательно выбрать тип с допуском ±10% от номинальной величины.

Емкость С4 должна составлять 1/20 емкости С2. Для обеспечения высокой надежности желательно для VT7 использовать небольшой радиатор, например, типа “Звезда”. Настройка модуля сводится к подбору R4, определяющему режим VT1 на постоянном токе; его нужно выбрать так, чтобы на истоке было +6 В по отношению к общему проводу.

Режим работы усилителей, реализованных на транзисторах VT2, VT3 и VT4, VT5, выбран так, что напряжения на эмиттерных переходах первых транзисторов фиксированы. Эти напряжения слабо зависят от температуры. Необходимо отметить, что рассмотренный предусилитель удобен для использования с входным корректирующим предусилителем с выходным уровнем 250…300 мВ на нагрузке 100…160 кОм. Его также можно использовать в мультимедийных системах: его вход хорошо согласуется с линейным выходом “звуковой карты” (sound blaster-card).