Высококачественный регулятор громкости и тембра (К157УД2, К547КП1)
Описанный в [1] 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, мВ - 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 [2].
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 [3].
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 [4]. 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 [5]. 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, VTЗ и стабилитронах VD2, VD3 и подключенных непосредственно к шинам нестабилизированного источника питания УМЗЧ.
В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ-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 C3-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:
- Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 6, с. 55— 57.
- Сухов Н., Бать С., Колосов В., Чупаков А. Техника высококачественного звуковоспроизведения.— Киев: Тэхника, 1985, с. 27, рис. 2.8. 6.
- 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.
- Сухов H., Бать С., Колосов В., Чупаков А. Техника высоко-качественного звуковоспроизведения.— Киев: Тэхника, 1985, с. 35, рис. 2.17.
- Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 7, с. 59, рис. 7.
Печатная плата была разработана в формате SprintLayout 6 и предоставлена пользователем с форума сайта Паяльник - Sanya110. Скачать печатную плату можно здесь: nick_suchov_hiquality_regulator_layout_by_sanya110.zip (320Кб).
Комментарии (41):
Очень хороший, пока мечтаю собрать. Можно-ли заменить резисторы регуляторы 15 ком. на например 20-22 ком.И как? Я собирал регуляторы Радио №9 1989 год стр примерно 70-72.Собрал 7 регуляторов. Лучше этого не встречалось. Спасибо.
Анатолий, регулировочные резисторы 15 кОм вполне можно заменить на 20-22 кОм, все будет работать нормально.
Вы случайно ,не знаете в чем может быть дело ?
1.В колонках слышан небольшой фон,
2.Громкость полностью не убираеться,
3.Когда кручу Балланс то слабо ощущается переход .
Все переменные резисторы у меня 22Ком
Несколько раз проверить весь монтаж, соответствуют ли номиналы установленных деталей тем что на схеме. Напряжения после стабилизаторов +12В, -12В должны быть в норме, если есть осциллограф - посмотрите что там творится.
Микросхему К547КП1А впаивать аккуратно, желательно заземленным паяльником и с браслетом. При пайке все микросхемы желательно не перегревать(на каждую ногу не более 2,5-3 сек).
Всю схему регулятора желательно поместить в экран. Все проводники что идут ко входу/выходу регулятора, а также к переменным резисторам(громкость, баланс, тембр) нужно экранировать.
Насчет регулировки баланса - попробуйте поэкспериментировать с сопротивлением резисторов R2, R23(сейчас 10К, попробуйте поставить 5К).
Насчет громкости - R5 и R26 попробуйте поставить на 22К, а также поэкспериментировать с резисторами R9, R30.
Спасибо большое .. все попробую что вы написали !Я срисовал печатку с картинки так как в интернете ни где ее не нашел.
Вот попробовал печатку переделать.
Основные отличия от базовой версии:
Скачать печатную плату в формате SprintLayout 6: nick_suchov_hiquality_regulator_layout_by_sanya110.zip (320kB)
By Sanya110 (пользователь на форуме сайта "Паяльник").
Спасибо,все отлично !
Здравствуйте ! Вы случайно не знаете можно ли заменить в темброблоке Н Сухова транзисторы кт503б - кт502б и на какие ?
В текущей схеме на транзисторах КТ503Б и КТ502Б собраны стабилизаторы напряжения для питания микросхем и полевых транзисторов. Учитывая параметры КТ503Б и КТ502Б в данной схеме их можно попробовать заменить на КТ3102Б и КТ3107Б в металлических корпусах.
Также весь узел на VD2, VT2, R39 можно заменить на интегральный стабилизатор +12В, а узел на VD3, VT3, R38 - на аналогичный стабилизатор только для -12В.
Можно использовать стабилизаторы LM317 и LM337, 78L12...
Спасибо огромное вам ,попробую впаять КТ3102Б и КТ3107Б в металлических корпусах .Вы помните я вам писал про фон ! Я все таки обнаружил причину фона в темброблоке ! Оказывается у меня был пробитый в одном плече транзистор .Что странно темброблок работал довольно качественно с пробитым транзистором КТ503Б :))
Вот, собрал пока по старой проверенной печатке. Нашел все таки кт503 и 502, правда с буквой (г). Уже подключал и прозвонил - все отлично, на все микросхемы подается 12 вольт! На днях, будет время, припаяю переменные резисторы и проверю! Кстати есть печатка в lay могу скинуть кому если будет нужно!
Всем доброго! Есть конденсатор (С5) не на 1800пф, а на 1500пф. Вопрос - нужно в этом случае пересчитывать номинал резистора R8 10к, чтобы сохранить постоянную времени этой RC цепочки (1800пф*10к =1500пф*12к)?
Желательно пересчитать. Также можно параллельно конденсатору 1,5нФ(который у вас есть) включить конденсатор на 300-330пФ - в сумме получится нужная емкость 1800-1830пФ.
А тут можно использовать все 5 микросхем К157УД2?
или надо еще искать К547КП1?
В схеме используется 4 микросхемы: три операционных усилителя К157УД2 и одна сборка из четырех МОП-транзисторных ключей с каналом P-типа - К547КП1. Микросхему К547КП1 можно попробовать заменить на четыре отдельных МОП-транзистора с P-каналами или же на какую-то аналогичную сборку (изменив при этом разводку печатной платы). Элементы данной микросхемы используются в схеме как ключи для включения режима тонкомпенсации.
Добрый день! Можно ли заменить ОУ К157УД2 на какой-нибудь иностранный аналог не меняя обвязки (или не значительно ее изменив)? К157УД2 в Московских магазинах что то уже днем с огнем не найдешь.
Здравствуйте. Полная замена для К157УД2 (все выводы совпадают) - это КР1434УД1А. Также К157УД2 можно заменить на более новый и более малошумящий вариант отечественного ОУ - К157УД3.
Искать и покупать такие детали можно в интернет-магазинах, к примеру на ЧИПиДИПе нашел К157УД2 - хоть 50 штук заказывай, цена примерно 90руб (1,4$) за штучку.
Из зарубежных аналогов - TL072 (2 операционника), TL074 (4 операционника), LM358...
Спасибо, уже нашел в Чипе и Дипе, почему-то первый раз проглядел (опечатался видимо), каюсь. А вот за совет по поводу менее шумной 157УД3 спасибо, их и поставлю!
Платка готова, когда то давно, еще в школе собирал на плате из Радио (довольно криво сделанной с помощью краски и хлорного железа), все работало, теперь попробую на новой плате и отпишусь по результатам.
Здравствуйте господа паяльники. Кто скажет какая характеристика у регулятора громкости, баланса и тембра.
Или это неважно. или я неважно прочел статью?
Здравствуйте, Валерий. В начале статьи указаны все параметры устройства - номинальное входное и выходное напряжение, уровень шумов, глубина регулировки громкости и тембра.
При чем здесь параметры!! Какая характеристики переменных резисторов? А B C??
Где-то слышал, что экспоненциальные резисторы шумят меньше всего. Потом идут логарифмические, потом - линейные.
При чем там шум резисторов)) Какая характеристика регулятора громкости тембра меня интересует?
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.
Валерий, если вас интересует частотная характеристика, то это регулятор громкости и тембра для усилителя высокой верности. То есть что подали, то и сняли.
Сделал схему в эмуляторе Мультисим с применение оу типа m741 и возникла непонятная проблема в АЧХ темброблока по высоким частотам , заключается она в том что при максимальном подъёме по ВЧ , максимальный пик подъёма приходится на частоте 14 - 15 КГц а далее спад что противоречит приведённой АЧХ , не пойму пока в чём дело .
Нет слов для данных радиолюбителей которые не знают что такое характеристика переменного резистора. Характер нелинейной зависимости определяется схемными задачами, для решения которых предназначен резистор.
Наиболее распространенные зависимости логарифмические (Б) и обратнологарифмические (В). Резисторы с такими зависимостями применяются для регулировок громкости и тембра звука, яркости свечения индикаторов и т.п.
Отсюда вопрос ? )))
Переменный резистор может иметь целый ряд характеристик, например:
То что показано на графиках принято называть: функциональная характеристика. Она показывает зависимость и крутизну изменения сопротивления резистора от угла поворота его ручки или перемещения его ползунка.
О переменных резисторах в статье сказано:
СП5-21А - проволочные переменные резисторы с диапазоном регулировки 100 Ом – 15 кОм, мощностью 3 Вт и с линейной зависимостью (функциональная характеристика). Это многооборотные прецизионные резисторы с круговым перемещением подвижной системы.
А зачем там 3 Вт тогда простите?
Здравствуйте, Валерий. Мощность здесь не причем. Преимущество СП5-21А в том что они проволочные и в отличие от резисторов с нанесенным резистивным слоем так быстро не изнашиваются и не добавляют шумов при регулировании. Проволочные переменные резисторы из-за своей конструкции часто могут быть массивными и на большую мощность. Отсюда и 3 Вт.
Скорее всего у автора были в наличии такие многооборотные и качественные переменные резисторы, вот он их и использовал в этой конструкции. Из схемы видно что мощность регуляторов в ней не играет особой роли, сигналы и токи через них текут очень маленькие, а вот поиск качественных сдвоенных переменных резисторов может быть не простой задачей.
А какой смысл подавать ажи до 45 вольтов на такие хиленькие транзисторы? Ведь были в 90 е и кренки.
У меня в 95 годах стояли советские сдвоенные(маленькие) и проработали отлично!! никаких шорохов и прочей лабуды.
Валерий, все переменные резисторы в данном усилители должны иметь линейную характеристику, то есть тип B.
Почему-то по этой схеме перепечатывают плату с одной и той же ошибкой, а именно. Тов. Сухов в ж. Радио №5 1991г. указал, что микросхемы почему-то у него стоят со стороны проводников, а не остальных деталей. И что бы всё работало надо плату делать в зеркальном отражении. Но есть и более простой способ, именно повернуть все микросхемы на 180* градусов, тогда, благодаря симметричности выводов поменяются лишь местами DA1.1 на DA1.2 и т.д.
На сколько понимаю можно подавать до 45 вольт в плечо для его питания прямо с унч? Плата в формате lay подходит ли для заказа на заводе? Какое выходное напряжение идет с него ? До 1.5 будет.
Здравствуйте.
Верно, схема питается от двуполярного стабилизатора напряжений, собранного на транзисторах VT2 и VT3.
Насчет печатной платы в формате SprintLayout - спросите на заводе, где планируете ее изготавливать. В комментариях выше есть фото с примером изготовленной платы.
На всякий случай, перед изготовлением проверьте правильность разводки печатной платы.
В начале статьи есть список параметров этого темброблока. Номинальное выходное напряжение - 800мВ. Максимальное может быть больше, например выше 1В.
Админ спасибо за быстрый ответ. Еще вопрос как увеличить коэффициент усиления бы на выходе было порядка 1.5 в при входном грубо стандартном 0,75 ? Да кстати добавлю ссылку на архив, надеюсь автор печатки не будет против, немного подправлены слои и создан архив гербер для заказа на заводе. Сама лейка тоже в архиве. Надеюсь кому пригодится.
Печатная плата с изменениями и дополнительными файлами - Preamp_Suchov_new_lay6_gerber (81kB).
Коэффициенты усиления для ОУ DA1.1 DA2.1 задаются резисторами R3, R4 и R24, R25, а для DA3.1 и DA3.2 - R18 и R35. Можете с ними поэкспериментировать. Для увеличения напряжения на выходе все же предпочтительнее собрать дополнительные каскады усиления для каждого из каналов.
Приветствую , руки пока не дошли до сборки , можно подробнее про дополнительные каскады усиления , возможно порекомендуете схему для данного тембрблока?
Доброго времени суток. Мне интересно, можно ли применить зарубежные микпосхемы(например из серииOPA, MUSES...)? Начал собирать усилитель ВВXXI Н. Сухова. Его параметры в разы выше чем УМЗЧ Высокой верности(1990- года), на микросхеме muses03 и хотелось бы регулятор соответсвовал по параметрам. Плату этого регулятора развел на DipTrace. Плата содержит четыре слоя. Размеры 85X76мм, что позволяет заказать на JLCPCB сравнительно дешевлее. Резисторы некоторые конденсаторы СМД типа. Хотелось бы заменить микросхемы на современные, с лучшими параметрами. (файл платы могу прислать по эл.почте, если найду я желающие.)