Двухканальныи регулятор громкости для активных АС

вого питания; это сохраняет продолжи­ тельность блокировки при повторном включении. Переключатель SA1.2 осу­ ществляет быстрое отключение обмо­ ток реле К1 и К2 (блокировку выходов) при выключении сетевого питания. Ста­ билизированное двухполярное напря­ жение питания на БУ поступает от мик­ росхем DA1 и DA2.

Выбор схемы и элементной базы БУ произведен автором на основании ре­ зультатов экспертизы по субъективной оценке качества звуковоспроизведения.

Экспертизе подвергались БУ с коэф­ фициентами передачи К ~ + 1 и К ~ - 1 с различными усилительными прибора­ ми и схемотехникой на микросхемах ОУ серий КР544, NE5532, NE5534, AD825 и нескольких других, на транзисторах серий КТ3102, КТ3107 и аналогичных импортных, на лампах 12АХ7, 6Н2П, 6Н23П. Наилучшими и близкими по оценкам оказались два варианта БУ: на лампах 6Н23П и транзисторах КТ3102Е по схеме с компенсацией иска­ жений [1], второй из них и был выбран как более простой.

Схема БУ приведена на рис. 2 и отли­ чается от прототипа, описанного в [1], введением ООС по постоянному току че­ рез резисторы R1 и R2. Для возможности проверки других схемных решений БУ выполнен в виде модуля с пятью вывода-

УМЗЧ, встроенных в активную АС (далее ААС), а также возможности применения в качестве регуляторов переменных ре­ зисторов различных номиналов (10 кОм и более).

Схема двухканального варианта уст­ ройства с несимметричными входами и квазисимметричными выходами пока­ зана на рис. 1. Собственно регулятор каждого из каналов включен в разрыв между двумя буферными усилителями (БУ) в виде модулей А1—А4, обеспечи­ вающими необходимое согласование с источником сигнала и ААС.

Отсутствие наводок и помех при от­ носительно большой длине соедини-

компенсации на симметричных входах усилителей ААС. Разделительные кон­ денсаторы С1—С4 дают возможность применения различных вариантов БУ.

Отсутствие проникания помех в зву­ ковой тракт ААС при коммутациях сете­ вого питания достигается блокировкой выходов устройства нормально замкну­ тыми контактами К1.1 и К 2 . 1 . Длитель­ ность блокировки зависит от постоян­ ной времени цепи R8C15. Стабилитрон VD1 защищает полевой транзистор VT1 от превышения допустимого напряже­ ния затвор—исток. Наличие цепи VD2R7 обеспечивает быструю разрядку кон­ денсатора С15 после выключения сете-

ми. Вывод 2 в модуле соединен с элект­ рическим экраном модуля (слой фольги со стороны установки деталей) и может быть использован в качестве общего провода в иных вариантах БУ. Последо­ вательное соединение резисторов R1, R2 и R3, R4 применено для удобства под­ бора оптимального сопротивления.

Основные технические характеристики

Рис. 3

предъявляются повышенные требова­ ния к сопротивлению утечки (пригодны К53-14 и т. п.).

Особое внимание сле­ дует уделить выбору кон­ денсаторов С1—С4, кото­ рые должны обеспечивать передачу звуковых сигна­ лов без искажений. Доста­ точно хорошие результаты достигаются при использо­ вании, например, конден­ саторов К71-7 или анало­ гичных полистирольных [2] с допуском не более ± 1 0 % .

Переменные резисторы R1, R2 — спаренные РП1 -57 с лазерной подгонкой со­ противления и механичес­ кой фиксацией в 31 поло­ жении или импортные ALPS. Их устанавливают на корпусе так, чтобы регули­ ровка была удобной.

Реле К1 и К2 — РЭС49, исполнение РС4.569.421-07 или аналогичные на рабо­ чее напряжение 24—27 В.

В качестве VD1 можно использовать любой стаби­ литрон малой мощности на напряжение 10...12 В. Д и ­ од КД521А можно заменить другим с максимальным обратным напряжением не менее 50 В, средним током не менее 100 мА и мини­ мальным обратным током. Полевой транзистор VT1 также может быть заменен

в БУ должны иметь коэф­ фициент передачи тока ба­ зы не менее 500.

Налаживание БУ произ­ водят в два этапа. На пер­ вом из них уточняют сум­ марное сопротивление ре­ зисторов R1, R2 по дости­ жению минимума постоян­ ного напряжения на выхо­ де. При этом суммарное

подбирают суммарное со­ противление резисторов R3, R4 по минимуму нели­ нейных и с к а ж е н и й при

На общей плате устройства, собран­ ного по схемам рис. 1, 2, вместо резис­ торов R3 и R5 установлены перемычки, так как их функции выполняет выходное сопротивление БУ, примерно равное 830 Ом. При этом сопротивления рези­ сторов R4 и R6 уточняют по минимуму проникания помех и наводок в УМЗЧ ААС.

Сопротивление резистора R9 уточ­ няют по надежному срабатыванию реле К 1 , К2 при колебаниях напряжения пи­ тания на выходе выпрямителя.

При эксплуатации выносной двухканальный регулятор громкости, распо­ лагаемый в зоне прослушивания, ока­ зывается достаточно удобным, немно­ го уступая беспроводному регулирова­ нию усиления через ПДУ. Длину кабе­ лей подключения к источникам сигнала лучше ограничить 1 м, а каждого из ка­ белей к ААС — 10...20 м. Для этой цели вполне пригодны кабели КММ2х0,12 или аналогичные импортные с малой погонной емкостью.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кулиш М. Линеаризация каскадов усиления напряжения без ООС. — Радио, 2005, № 12, с. 16—19.

2. Конденсаторы. Справочник. — М.: Ра­ дио и связь, 1993.

Редактор — А. Соколов, графика — Ю. Андреев

МОДУЛЬНАЯ РЕКЛАМА

Условия см. в "Радио", 2007, № 2, с. 11

Для Вас, радиолюбители! РАДИОКОНСТРУКТОРЫ всех на­

правлений. Корпусы для РЭА. Радио­ элементы, монтажный инструмент и материалы, литература, готовые изделия. IBM-комплектующие.

От Вас — оплаченный конверт для бесплатного каталога.

4 2 6 0 7 2 , г. Ижевск, а/я 1 3 3 3 РТЦ "Прометей".

www. rtc-prometej.narod.ru . Тел./факс (3412) 3 6 - 0 4 - 8 6 , тел. 2 2 - 6 0 - 0 7 .

* * *

ИЗГОТОВИТЕЛЬ ПРЕДЛАГАЕТ:

—трансляционные усилители се­ рии РУШ;

—громкоговорители: настенные, потолочные, рупорные.

Подробности на www.ruston.ru Тел. (495)942-79-17.

E-mail: sale@ruston.ru .

** *

Весь спектр радиолюбительских наборов!

Каталог формат А4, 104 стр. — 50 руб. без учета почтовых расходов.

По заявкам школьных, детских уч­ реждений и библиотек —БЕСПЛАТНО.

107113, г. Москва, а/я 10 "Посылторг". Тел. (495) 304-72-31.

* * *

Набор резисторов: 168 - номи - налов по 20 шт. = 3 8 0 руб.

Доставка наложенным плате­ жом — www.ekits.ru

максимально упрощенную классичес­ кую структуру УМЗЧ (генератор тока, управляющий мощным повторителем). Понятно, что такая оптимальность тесно связана с применением в выходном ка­ скаде мощных полевых транзисторов, обладающих большим коэффициентом усиления по мощности, а также другими положительными свойствами [2] .

Существует еще один аргумент в пользу полевых транзисторов. Так, ес­ ли 5—10 лет назад комплементарные пары мощных полевых транзисторов были в дефиците, то теперь подобные транзисторы имеются в широкой про­ даже по доступным ценам.

Надо отметить, что для усилителя [2] (на рис. 1,а показана структура связи его транзисторных каскадов) необходим дополнительный двухполярный источник питания, что обусловлено большим вход­ ным напряжением выходного каскада — повторителя напряжения. В сущности, дополнительный источник питания —

функционально избыточный узел; попро­ буем его исключить. Для этого следует включить транзисторы выходного каска­ да по схеме общим истоком, дополнив его предвыходным каскадом, как показа­ но на рис. 1 ,б. Однако такая модифика­ ция выходного каскада весьма нелиней­ на и нестабильна, что связано с отсутст­ вием местной ООС. Как показано на рис. 1 ,в, введением местной ООС резис­ торами R1, R2 и петли частотно-зависи­ мой ООС (через конденсаторы С 1 , С2), достигающей на ВЧ 100 %, можно улуч­ шить параметры транзисторного каска­ да. Введение этой петли ООС приводит к тому, что на частотах выше 1 МГц при уменьшении усиления мощного каскада транзисторы предвыходного каскада приближаются к функции эмиттерного повторителя, достигаемой при условиях, когда напряжения и токи коллекторов этих транзисторов достаточно большие (25 В и 25 мА соответственно), а нагруз­ ка в цепи коллекторов низкоомная.

Полученный вариант выходного каска­ да по ряду технических параметров мо­ жет несколько проигрывать в сравнении с версией УМЗЧ [2], но только при равных токах покоя предвыходного каскада. При повышенном токе покоя предвыход­ ного каскада (25 мА против 5 мА в [2]) эти усилители по техническим характеристи­ кам можно считать близкими. Несомнен­ ным плюсом полученного варианта УМЗЧ следует считать отсутствие дополнитель­ ного высоковольтного источника питания.

Итак, получен максимально упрощен­ ный вариант УМЗЧ. Можно утверждать, что такой усилитель представляет золо­ тую середину между многокаскадными УМЗЧ [5, 6] и ламповыми усилителями, ибо обладает их достоинствами при от­ сутствии недостатков.

Весь спектр требований, предъявляе­ мых к современным высококачествен­ ным УМЗЧ, затруднительно обеспечить в относительно простых усилителях. Од­ нако базовые требования, безусловно,

должны быть учтены в любом УМЗЧ. Кратко повторим их: это крайне малое ВРП ООС и общая глубокая (до 80 дБ) стопроцентная ООС на ВЧ. Именно эти параметры играют ключевую роль в обес­ печении высоких динамических характе­ ристик каскадов усилителя. Конечно, эти требования реализовать можно и в УМЗЧ на дискретных элементах, но рациональ­ нее использовать для этого радиочастот­ ные ОУ, допускающие стопроцентную ООС, например AD8055AR [7].

Технические характеристики AD8055AR

ОУ AD8055AR скорректирован до ко­ эффициента усиления с ООС К = 1.

Подобные ОУ разработаны для ви­ деоусилителей. Как следствие, они об­ ладают большой широкополосностью и высокой линейностью, при значитель­ ном уровне сигнала (около 1 В) как на входе, так и на выходе ОУ, малым време­ нем задержки и установления выходного сигнала, высокой скоростью нарастания выходного напряжения и большим уси­ лением, а также обеспечивают достаточ­ но большой выходной ток. Использова­ ние радиочастотных ОУ особенно акту­ ально при их применении в УМЗЧ для обеспечения высоких перегрузочных ха­ рактеристик по входу.

На основании перечисленных выше доводов и аргументов [ 1 , 2 ] был разра­ ботан вариант усилителя, представлен­ ный на рис. 2. Фактически этот усили­ тель представляет собой вариант УМЗЧ [2] с переработанным (видоизменен­ ным) выходным каскадом; как видно из рис. 3, этот упрощенный УМЗЧ и УМЗЧ из [2] имеют одинаковые структуру

Рис. 3

и типы общей ООС. Вследствие этого подобия оба они имеют близкие пара­ метры: широкую полосу действия ООС (200 МГц), невысокую скорость нараста­ ния выходного напряжения, низкую час­ тоту единичного усиления (1 МГц), низ­ кую частоту среза петли ООС (узкую по­ лосу пропускания по уровню -3 дБ), а также сходные АЧХ и ФЧХ.

В качестве главного канала УМЗЧ применен представленный ранее радио­ частотный ОУ AD8055AR (DA1). Именно главный канал обладает приоритетом на замыкание петли ООС [1] и обеспечива­ ет минимальное ВРП ООС, равное вре­ мени задержки этим ОУ. В целом УМЗЧ охвачен на ВЧ глубокой общей стопро­ центной ООС через элементы С 1 , R2.

Выходной каскад УМЗЧ выполнен на мощных полевых транзисторах. Как уже отмечалось в [2], полевые транзисторы относительно нелинейные. То есть каска­ ды, собранные на их основе, создают значительные гармонические искаже­ ния, особенно в двухтактном режиме при большой выходной мощности. Это про­ исходит оттого, что напряжение на входе выходного каскада (U3 И ) весьма большое и, как следствие, линейность относи­ тельно низкая. Но при малом уровне сиг­ нала, даже если он широкополосный, ли­ нейность выходного каскада на полевых транзисторах будет очень высокой. Вы­ ходной каскад, построенный по структу­ ре ОЭ—ОИ включения транзисторов, ох­ вачен местной стопроцентной ООС на ВЧ через конденсаторы С12, С13.

В данном УМЗЧ время задержки сиг­ нала выходным каскадом фактически равно времени задержки в предвыход­ ном каскаде, выполненном на транзис­ торах VT1, VT2; как отмечено выше, на ВЧ эти транзисторы с эмиттеров передают сигнал в выходную цепь непосредствен­ но по параллельному каналу через эле­ менты С12—С15, R21, R24. Этим свойст­ вом обеспечиваются небольшое время задержки транзисторными каскадами и достаточно низкие уровни интермоду­ ляции высоких порядков и шумоподобной интермодуляции, что, в свою оче­ редь, при общей глубокой стопроцент­ ной на ВЧ ООС обеспечивает достойные технические характеристики УМЗЧ и вы­ сокое качество звуковоспроизведения.

Следует отметить, что выходной кас­ кад этого УМЗЧ (см . рис. 2) создает большее время задержки, чем выход­ ной каскад усилителя—прототипа из [2], так как реализован на биполярных транзисторах (VT1, VT2).

Технические характеристики У М З Ч

Рассмотрим свойства каскадов усили­ теля в разных частотных полосах. На вы­ соких частотах (здесь и далее ВЧ — выше 1 МГц) сигнал, пришедший на вход

УМЗЧ (на резистор R1), поступает через ограничительный резистор R3 на вход ОУ DA1. С выхода ОУ сигнал через согла­ сующее устройство (элементы С2, С3, R5) приходит на выход УМЗЧ (точка со­ единения L1 и L2); далее через цепь ООС (элементы С 1 , R2) он возвращается к входу усилителя, замыкая петлю ООС в точке соединения резисторов R1, R2, R3. Также с выхода ОУ сигнал ВЧ посту­ пает и на базы транзисторов (VT1, VT2) комплементарного эмиттерного повто­ рителя. С выхода повторителя сигнал ВЧ через конденсаторы С12, С13 и цепи R21 С14, R24, С15 приходит на выход мощного усилительного каскада, в точку соединения стоков транзисторов VT3— VT10, и далее через катушку L1 приходит на выход УМЗЧ. Индуктивность L1 обра­ зует совместно с элементами С2, С3, R5 согласующее устройство, которое сум­ мирует на выходе УМЗЧ сигналы выше и ниже 1 МГц. Индуктивность L1 пропус­ кает низкочастотные сигналы и не про­ пускает ВЧ сигналы на выход УМЗЧ, чем обеспечивается приоритет главного ка­ нала (ОУ DA1) на замыкание петли ООС посредством элементов С2, С3, R5. Ка­ тушка индуктивности L1 имеет весьма низкую добротность, что предотвращает колебательные процессы в согласую­ щем устройстве. На низких частотах сиг­ нал дополнительно усиливается каска­ дами на транзисторах VT3—VT10, вклю­ ченных по схеме с ОИ. RC-цепи R18C10, R20C11 дополнительно уменьшают уро­ вень ВЧ сигнала на входе мощных вы­ ходных транзисторов (VT3—VT10), под­ черкивая приоритет главного канала.

Выход мощного усилительного каска­ да (точка соединения стоков VT3—VT10) на ВЧ относительно высокоомный, что связано с небольшим запасом усиления внутри петли местной ООС. Это приво­ дит к тому, что конденсаторы С12, С13 фактически становятся частью колеба­ тельного контура, образованного эле­ ментами L1 и С2, С3, R5 согласующего устройства. Для подавления колебатель­ ных процессов добротность С12, С13 снижена RC-цепями R21C14, R24C15.

Индуктивность L2 "отсекает" паразит­ ные емкости, а также препятствует про­ никновению ВЧ помех в выходные каска­ ды УМЗЧ и элементы ООС. Добротность катушки индуктивности L2 понижена шунтом.

Резистивные делители напряжения R12—R15 ослабляют (уменьшают) сиг­ нал на входе выходного каскада, чем уве­ личивается приоритет главного канала, а также создается необходимое напря­ жение смещения на базах транзисторов VT1, VT2. Для обеспечения стабильного смещения и соответственно тока покоя выходных транзисторов качество стаби­ лизации напряжения питания ОУ DA1 (2x5 В) должно быть высоким. Сопротив­ ления резисторов в эмиттерах транзис­ торов VT1, VT2 равны и задают токи кол­ лекторов примерно равными 25...30 мА. Этим током обеспечиваются и напряже­ ния смещения затвор—исток транзисто­ ров VT3—VT10 около 3,4 В, и, соответст­ венно, ток покоя выходного каскада при­ мерно 100 мА. Диоды VD1—VD4 выпол­ няют функции терморезисторов, чем улучшают термостабильность тока покоя выходного каскада.

Результаты измерений

Как сказано выше, структура и номи­ налы элементов цепи ООС данного УМЗЧ соответствуют эквивалентной схе­ ме усилителя на рис. 3. Соответственно УМЗЧ обладает аналогичными АЧХ и ФЧХ, которые представлены графика­ ми на рис. 4.

На фото рис. 5 представлены осцил­ лограммы на выходе главного канала (на DA1) и на выходе УМЗЧ (измерение в точ­ ке соединения L1 и L2) при испытании его синусоидальным или импульсным (ме­ андр) сигналами. Сигнал на выходе DA1 представляет собой усиленную на 70 дБ ошибку внутри петли ООС. На рис. 5,а представлен режим работы (режим боль­ шого сигнала) при синусоидальном вход­ ном сигнале (UBX = 2 В, 20 кГц) и соответ­ ственно выходном напряжении УМЗЧ 20 В (амплитуда 29 В) без нагрузки. А на рис. 5,б тот же сигнал, но при сопротив-

ении нагрузки 4 Ом и соответственно выходной мощности 100 Вт, при цене де­ ления соответственно 1 В/дел, 10 В/дел. Из фотографий видно, что без нагрузки усилитель обладает низкими искажения­ ми, но при подключении нагрузки сигнал ошибки (на выходе DA1) становится су-

Рис. 4

щественно нелинейным (рис 5,б). Это оз­ начает, что на высоких частотах мощные транзисторы в верхнем плече (с каналом р-типа) несколько уступают по парамет­ рам транзисторам, установленным в нижнем плече (с каналом n-типа). Дру­ гими словами, можно сказать, что комплементарность выходных транзисторов VT3—VT10 весьма условная.

При снижении выходной мощности или при уменьшении частоты сигнала уровень сигнала ошибки (выход DA1) не сколько уменьшается и становится более линейным, плавным.

Переходная характеристика УМЗЧ при входном сигнале "меандр" частотой

50 кГц представлена на рис. 5,в (режим малого сигнала, без нагрузки). Цена де­ ления соответственно 1 В/дел, 5 В/дел.

Из фотографии видно, что сиг­ нал на выходе УМЗЧ (верхний на рисунке) имеет амплитуду около 5 В (размах 10 В) при относи­ тельно низкой скорости нарас­ тания выходного напряжения. На рис. 5,г показан тот же сиг­ нал, но для нагрузки сопротив­ лением 4 Ом при той же цене де­ ления.

Входной импульсный сигнал (меандр) должен быть с малым временем переключения. Д о ­ статочно высокое качество ме­ андра обеспечивает выходной формирователь на основе быст­ родействующей КМОП микро­ схемы К1554ЛАЗ (74АС00), входной формирователь (пре­ образователь аналогового сиг­ нала в цифровой) здесь целесо­ образно выполнить на микро­ схеме К1554ТЛ2 (74АС14).

Анализ работы широкопо ­ лосного усилителя (УМЗЧ) на частотах выше 5 МГц целесооб­ разно осуществлять с помощью

измерителя АЧХ или характериографа. Из распространенных приборов реко­ мендуются Х1-50, Х1-7Б.

О деталях и монтаже

Вследствие очень широкой полосы усиливаемых частот (Fз а м **> 400 МГц) следует применять компоненты, пред­ назначенные для поверхностного монта­ жа. Особенно это важно для элементов R1—R5, С1—С7, DA1. Все эти элементы должны быть расположены очень близко с микросхемой DA1. Причем для увели­ чения габаритной мощности элементов

** Fзам — величина, обратная времени ре­

акции петли ООС.

R1, R2, R5 следует применить несколько резисторов типоразмера 1206, включен­ ных параллельно (R1 — два по 300 Ом,

R2 — десять по 15 кОм, R5 — четыре по 100 Ом). В позициях С 1 , С2 и С4, С6 сле­ дует применить конденсаторы группы МП0 (с малым ТКЕ), то же требование от­ носится и к С3 (группа ТКЕ — М1500). Конденсатор С1 осуществляет стопро­ центную ООС и соответственно должен быть очень высокого качества, из SMDэлементов рекомендуется конденсатор с ТКЕ группы МП0 и номинальным напря­ жением 500 В, однако они очень дефи­ цитны. Поэтому конденсатор С1 лучше составить из одного-двух SMD-компо- нентов емкостью 20...50 пФ и второго серий КСО, СГМ емкостью 1000 пФ на напряжение 250—500 В.

Катушки индуктивности L1 и L2 оди­ наковы и намотаны на каркасе диамет­ ром 14 мм, проводом 0,8...1 мм . Число витков каждой катушки равно 28 (допус­ тимо в интервале 25—30). Катушка ин­ дуктивности L2 имеет отвод от середи­ ны. Между этим отводом и концом ка­ тушки подключен резистор номиналом 5 Ом. Катушка индуктивности L1 имеет отвод от восьмого витка. Между этим от­ водом и концом катушки подключен ре­ зистор номиналом 2,5 Ом. Тем самым, этот резистор шунтирует 3/4 витков ка­ тушки, что обеспечивает достаточно эф­ фективное снижение добротности.

В качестве дросселей L3 и L4 жела­ тельно применить заводские Д-0,1 индук­ тивностью 5—20 мкГн. При их отсутствии рекомендуется использовать в качестве каркаса резисторы МЛТ 0,25, намотав на них 20 витков проводом 0,1 ...0,15 мм.

Особо следует отметить идентич­ ность параметров выходных транзисто­ ров (VT5—VT12). Дело в том, что эти транзисторы обладают достаточно раз­ личными напряжениями отсечки и раз­ ной крутизной передаточной характери-