» » » Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ. Часть 2

 
 
 

Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ. Часть 2

📆23.01.17 🙋MVV 👀13 467 💬13

Привет! Продолжаем тему, поднятую в моей статье «Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ. Часть 1».
На датагорском форуме Владимир (vol2008) поднял тему усилителя ретро-структуры [1, 2] и предложил свой вариант буферного каскада для оконечного усилителя [3].

Я также предлагаю вариант буферного каскада с псевдодвухтактным повторителем.

Возможные варианты реализации буферных каскадов

приведены на рис. 1а-г.

Рис. 1. Варианты буферного каскада для усилителя мощности:
а) эмиттерный повторитель, б) эмиттерный повторитель с динамической нагрузкой,
в) псевдодвухтактный эмиттерный повторитель на транзисторах одной структуры,
г) псевдодвухтактный эмиттерный повторитель на комплементарных транзисторах


Эмиттерный повторитель с резистором в цепи эмиттера (рис. 1а) обладает недостатком, заключающимся в том, что при увеличении амплитуды входного сигнала ограничение одной полуволны сигнала может наступать раньше, чем другой [4].

Во время положительной полуволны входного сигнала ток эмиттера VT1 делится между сопротивлениями в эмиттере Rэ и в нагрузке Rн. Во время отрицательной полуволны ток через Rн протекает в противоположном направлении.

Чтобы избежать ограничения, ток эмиттера транзистора VT1 всегда должен быть больше нуля.

Нетрудно показать, что максимальная пиковая амплитуда выходного сигнала связана с напряжением на эмиттере Uэ и сопротивлениями нагрузки Rн и эмиттера Rэ следующим образом:
Uвыхмакс=UэRн/(Rэ+Rн).

Для схемы, показанной на рис. 1а получаем:
Uвыхмакс=7,5·0,62/(0,62+1,1)=2,7 В.

Устранить недостаток эмиттерного повторителя с резистивной нагрузкой и дополнительно снизить искажения позволяет использование активной нагрузки в цепи эмиттера (рис. 1 б). Отчасти недостаток простого эмиттерного повторителя остается и здесь: при положительной полуволне входного сигнала ток выдается не только в нагрузку, но и в источник тока.

Существенно уменьшить все виды искажений, а также выходное сопротивление позволяют псевдодвухтактные повторители. Здесь в качестве эмиттерной нагрузки применяется управляемый генератор тока, образующий для второго плеча встречную динамическую нагрузку, рис. 1в.

Изображенная на рис. 1в схема – перенос патента лампового повторителя сороковых годов прошлого столетия на транзисторную схемотехнику [5].

Поскольку транзисторная схемотехника, в отличие от ламп, использует транзисторы двух типов проводимости, можно модифицировать эту схему, в результате получим комплементарный псевдодвухтактный повторитель, рис. 1 г. Эту схему удачно применил Владимир (vol2008).

Низкое выходное сопротивление схем, показанных на рис. 1в и рис. 1 г, а также меньшие искажения по сравнению со схемами, изображенными на рис. 1а и рис. 1 б, положительно сказываются на звуковоспроизведении.

Буферный усилитель с регулятором уровня на основе псевдодвухтактного повторителя

На рис. 2 показан двухканальный буферный усилитель с регулятором уровня на основе псевдодвухтактного повторителя, рис. 1в.
Здесь вместо эмиттерного повторителя применена схема Шиклаи на транзисторах VT1, VT3 (VT5, VT4 в другом канале).
Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!

Рис. 2. Принципиальная схема буферного каскада
с псевдодвухтактным повторителем


Ток коллектора транзистора VT1 (VT5) задается резистором R5 (R11) и составляет I0=Uбэ/R5=0,2 мА, где Uбэ=0,66 В – напряжение база-эмиттер транзистора VT3 (VT4).

Источники тока выполнены на транзисторах VT2 (VT6), цепи баз транзисторов питаются от общего параметрического стабилизатора напряжения HL1, R8, C3 через резисторы R7 и R9 соответственно. Ток источника тока равен 10 мА.

Противофазный сигнал с резистора R4 (R10) через разделительный конденсатор C2 (C4) поступает на базу транзистора источника тока VT2 (VT6), чем обеспечивается активный режим работы повторителя на обеих полуволнах входного сигнала.

Характеристики


Напряжение питания: 15 В;
Ток потребления: 25 мА;
Нижняя частота по уровню – 0,5 дБ: 1 Гц;
Выходное сопротивление: 0,5 Ом;
Коэффициент гармоник во всем диапазоне рабочих частот (20…20000 Гц) при Uвх=1 В, Rн=620 Ом: не более 0,001%.


Сравните технические характеристики псевдодвухтактного повторителя с конструкцией из [2]. Псевдодвухтактный буфер имеет в шесть раз меньшее выходное сопротивление, а нелинейные искажения уменьшились в семнадцать раз!

Входное сопротивление буферного каскада Rвх=47 кОм. При необходимости оксидные конденсаторы С1 (С5) на входах повторителей могут быть заменены на пленочные, например, емкостью 1 мкФ или 2,2 мкФ; при этом нижняя частота по уровню – 3 дБ останется допустимой (3,4 Гц и 1,5 Гц соответственно).

Детали псевдодвухтактного повторителя


VT1, VT2, VT5, VT6 – Транзистор BC546 – 4 шт.,
VT3, VT4 – Транзистор BC556 – 2 шт.,
HL1 – Светодиод red d=3 мм BL-B51V1 – 1шт.,
R1, R14 – Рез.-0,25-82кОм (Серый, красный, оранжевый, золотистый) – 2 шт.,
R2, R15 – Рез.-0,25-110кОм (Коричневый, коричневый, желтый, золотистый) – 2 шт.,
R3, R4, R6, R10, R12, R13 – Рез.-0,25-100 Ом (Коричневый, черный, коричневый, золотистый) – 6 шт.,
R5, R8, R14 – Рез.-0,25-3,3 кОм (Оранжевый, оранжевый, красный, золотистый) – 3 шт.,
R7, R9 – Рез.-0,25-1,0 кОм (Коричневый, черный, красный, золотистый) – 2шт.,
R16 – Рез.-0,25-10 Ом (Коричневый, черный, черный, золотистый) – 1 шт.,
C1, C6 – Конд. 10/25V 0511 +105°C– 2 шт.,
C2, C3, C4 – Конд. 100/25V 0812 +105°С – 3 шт.,
C5 – Конд. 1000/25V 1021 +105°C – 1 шт.,
Печатная плата 54×54 мм – 1 шт.


Плата повторителя

Все детали псевдодвухтактного повторителя размещены на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм (рис. 3).
Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!


Сборка и налаживание

Сначала монтируют постоянные резисторы и перемычку, затем, соблюдая полярность и цоколевку, конденсаторы, транзисторы и светодиод. Последним на плату устанавливают переменный резистор.

Налаживание сводится к проверке режимов по постоянному току, указанных на рис. 2. Корректировка режимов при необходимости может быть осуществлена подбором резисторов R1 (R14).

Вывод

Псевдодвухтактный буферный каскад найдет применение в предусилителях, микшерах и прочих устройствах.

В выходных каскадах УМЗЧ и усилителей для наушников представляет интерес техническое решение, в котором биполярные транзисторы повторителя и управляемого источника тока заменены на полевые с изолированным затвором [6].

Файлы

Желающие могут забрать файл печатной платы в LayOut.
a-pseudo-push-pull-repeater.7z 🕗 28/12/16 ⚖️ 17,68 Kb ⇣ 98

Список упомянутых источников

1. Мосягин В., Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце // Журнал практической электроники «Датагор», 2016.
2. Мосягин В., Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ // Журнал практической электроники «Датагор», 2016.
3. Классическая схема УМЗЧ (PowerAmplifier) на «Датагорских» транзисторах // Форум на Датагоре.
4. Rysin A. Как избежать ограничения сигнала в эмиттерном повторителе с емкостной развязкой нагрузки // Радиолоцман, 2015, апрель, с. 54 – 57.
5. White Е. Improvements in or relating to thermionic valve amplifier circuit arrangements, British patent no. 564,250 (1940).
6. Петров А. Псевдодвухтактные выходные каскады класса А. // Радиохобби, 2014, № 4, с. 57 – 61.

Спасибо за внимание!
Владимир Мосягин (MVV)
Россия, Великий Новгород
Профиль MVV
Радиолюбительством увлекся с пятого класса средней школы.
Специальность по диплому — радиоинженер, к.т.н.

Автор книг «Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником», «Секреты радиолюбительского мастерства», соавтор серии книг «Для прочтения с паяльником» в издательстве «СОЛОН-Пресс», имею публикации в журналах «Радио», «Приборы и техника эксперимента» и др.
 

Читательское голосование

Нравится

Статью одобрили 87 читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.
 

Поделись с друзьями!

 

 

Связанные материалы

 

Схема на Датагоре. Новая статья Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ. Часть 3. Двухполярное питание... Здравствуйте, уважаемые читатели! Этим небольшим, но полезным дополнением я продолжаю тему,...
Схема на Датагоре. Новая статья Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ. Часть 1... В усилителях мощности звуковой частоты (УМЗЧ), выполненных по схеме инвертирующего усилителя...
Схема на Датагоре. Новая статья Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце... Германий превыше всего? Да здравствует эксперимент! Предлагаемый стереофонический усилитель...
Схема на Датагоре. Новая статья SMD практикум №3! Предварительный усилитель без ОС. Заказ плат и деталей (завершено)... Предлагаемый вашему вниманию стереофонический предварительный усилитель состоит из регулятора...
Схема на Датагоре. Новая статья ВЧ детектор... Данный ВЧ детектор был изготовлен практически из подручных деталей с целью определения наличия в...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 1. Усилитель мощности звуковой частоты на TDA2006, TDA2030, TDA2040, TDA2050, LM1875... Не мечтай, действуй! В настоящем проекте мы построим простой усилитель мощности звуковой частоты на...
Схема на Датагоре. Новая статья Фолловер Андреа Чуффоли... © Andrea Ciuffoli and audiodesignguide.com - оригинальная статья © Datagor Russian Edition, Mikhail...
Схема на Датагоре. Новая статья Симметричный УНЧ из доступных деталей по мотивам В. Короля... Хочу предложить начинающим любителям качественного звуковоспроизведения одну из разработанных и...
Схема на Датагоре. Новая статья Ламповый буфер для мощного ОУ, история создания.... Очередной провальный эксперимент привёл к идее лампового буфера для LM1875 и получилось же когда на...
Схема на Датагоре. Новая статья Предусилитель для гитарного комбика и самый дешевый комбик для дома... С завидным постоянством на форуме в той или иной интерпретации мелькает тема о том как сделать...
Схема на Датагоре. Новая статья 6Н23П+КТ602Б. Лампово-транзисторный усилитель НЧ для стерео-телефонов... Интересная схема С. Филина, попалась при листании старых журналов. Достигнуть малого уровня...
Схема на Датагоре. Новая статья TDA1514A: 50-ваттный усилитель за 15 минут... Одна из разработок фирмы «Philips» - микросхема TDA1514A – может помочь в создании Hi-Fi усилителя...
 

Общаемся по статье 💬

«Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ. Часть 2»

Комментарии, вопросы, ответы, дополнения, отзывы

 

<

Chugunov

Сергей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 1 от 24-01-17, 18:23.
Ответить
  • С нами с 30.09.2009
  • 335 комментариев
  • 30 публикаций
 
Владимир!
Если позволите, несколько вопросов.
1 Конденсатор С2 - вольтодобавка? Что изменится без неё, на сколько? Через него частично протекает звуковой ток, влияет ли его тип на качество звука?
2 Что скажете о применении здесь SMD резисторов с точки зрения звука? Аналогично - о подстроечном резисторе во входном делителе для точной подгонки постоянного напряжения на выходе?
3 Как вам вариант двуполярного питания с установкой на выходе постоянного напряжения точно в ноль и, следовательно, без разделительного конденсатора на выходе?
4 На много ли повысится входное сопротивление, если увеличить R3 скажем до 300 кОм, а +С3 подключить прямо к базе VT1 ? Нагрузка, например, несколько кОм.
5 Каковы недостатки и преимущества относительно схемы vol2008 ?
Интересует только качество, а не "сложность" и число деталей.
Пожалуйста, без ложной скромности.
6 Есть подобные узлы, но на полевых транзисторах. Ваше мнение по этому поводу? Будет существенная разница на слух?
7 Будет ли заметное ухудшение при замене на КТ3102 и КТ3107?
8 Желателен какой-либо подбор транзисторов по парности, усилению и т. п.?
Вопросов много, но 10 человек задали бы их больше, но они молчат.
Меня тема интересует т. к. давно хочу сделать двухполосную систему, с разделительным пассивным фильтром плюс подобными буферами и нормирующим усилителем.
Вторая тема - установка регулятора громкости после ЦАПа, за ним буфер с низкоомным выходом на отдельно стоящие активные АС на расстоянии 2...3 метра.
Да и вообще, если подобный буфер не вносит на слух никаких искажений, неплохо его ставить на выходе блоков комплекса, имеющих повышенное выходное сопротивление (более сотен Ом).
Кроме того, в этом случае, на входе приемного блока (я пишу о соединении блоков аппаратуры в отдельных корпусах) можно ставить каскад или регулятор с весьма низким входным сопротивлением, что должно благоприятно сказаться на зависимости от качества межблочных кабелей.

<

MVV

Владимир Мосягин Читатель Датагора
  • Автор
Комментарий # 2 от 25-01-17, 2:15.
Ответить
  • С нами с 21.09.2011
  • 201 комментарий
  • 44 публикации
 
Сергей!

1. Элементы R4, C2 и R7 обеспечивают подачу противофазного сигнала на базу транзистора VT2 управляемого источника тока. Параметры конденсатора С2 должны соответствовать техническим условиям. Конденсатор Low ESR конечно лучше, ведь он влияет на звук. У меня стоят конденсаторы фирмы Hitano с входным контролем с помощью измерителя ESR-Micro V4.0s.

2. В последнее время использую smd элементы в звуковых схемах, не разочаровался.

3. Прикинул обсуждаемую схему с двухполярным питанием (рисунок).
Буфер с двухполярным питанием

Для установки «нуля» на выходе используется построечный резистор R2. Нужны многооборотные подстроечники типа 3296W.

4. При сопротивлении нагрузки 1-10 кОм входное сопротивление будет порядка несколько мегаом, поэтому R1 (см. рис.) может быть в диапазоне 22-220 кОм.

5. Схема с усилительным каскадом в цепи подачи противофазного сигнала (от vol2008) позволяет точно выставить требуемый коэффициент усиления.

6. Собирал подобную схему буферного каскада на полевых транзисторах с p-n переходом (КП302, КП303). По звуку очень хорошо. Запомнилась широкая полоса пропускания буфера – около 80 МГц.

7. Отечественные транзисторы КТ3102, КТ3107 неплохие, только учтите, что они должны иметь коэффициент передачи h21э=250-400.

8. Для своей конструкции приобрел транзисторы без запаса по количеству, померил параметры и «раскидал» по каскадам по h21э. К слову сказать, транзисторы из одной партии имели отличие h21э не более 10%. У транзисторов p-n-p типа коэффициент передачи ниже, чем у n-p-n.

Буфер вносит минимум искажений и подойдет для указанных вами применений.

<

Chugunov

Сергей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 3 от 25-01-17, 3:16.
Ответить
  • С нами с 30.09.2009
  • 335 комментариев
  • 30 публикаций
 
Спасибо, Владимир!
Быстро, полно и лаконично.
Но как известно, "один дурак может задать столько вопросов, что не ответят сто мудрецов".
5. Схема с усилительным каскадом в цепи подачи противофазного сигнала (от vol2008) позволяет точно выставить требуемый коэффициент усиления.
Непонятно. Я считал, что все варианты - повторители т. е. имеют усиление по напряжению около 1. Это не так? Не вижу разницы между, скажем, 0,97 и 0,99.
По звуку очень хорошо. Запомнилась широкая полоса пропускания буфера – около 80 МГц.
Боюсь, это скорее недостаток, вернее - потенциальный источник проблем, особенно из-за электромагнитной обстановки, эфир перенасыщен.

Емкость С1=10мкФ выбрана для минимизации платы? Или вы считаете принципиальной нижнюю частоту среза порядка нескольких Гц?
Себе собираюсь поставить 1...2 мкФ полипропилен или пленку.

В целом, вы подтвердили мои предположения, не совсем ясен только
смысл С2 - уменьшение искажений или увеличение максимальной амплитуды выходного сигнала.
Ранее планировал подобную схему на полевых транзисторах, но биполярные не требуют подбора, более привычны и имеются в достатке.

Подавляющее большинство предпочтет в качестве повторителя использовать ОУ. Но мой скромный опыт показал, что не всегда это так уж хорошо. Простейшие же повторители на одном транзисторе имеют свои недостатки, отсюда у меня интерес к Вашим повторителям, поэтому столько вопросов.
Не стыжусь спрашивать, особенно если есть неясности.

<

MVV

Владимир Мосягин Читатель Датагора
  • Автор
Комментарий # 4 от 25-01-17, 13:54.
Ответить
  • С нами с 21.09.2011
  • 201 комментарий
  • 44 публикации
 
Сергей, разговор не о коэффициенте усиления буферного каскада, а о коэффициенте передачи в цепи подачи противофазного сигнала.

Что касается собственно коэффициента передачи, предлагаемый буферный каскад имеет коэффициент передачи по сравнению с эмиттерными повторителями, показанными на рис. 1,а,б, ближе к единице. В фильтрах этот факт играет положительную роль.

Буферный каскад (рис. 2) также достаточно широкополосен, а его выходное сопротивление и искажения значительно меньше.

О емкости конденсатора С1 (С5) написано в статье. Выбор оксидного конденсатора связан с габаритами конструкции, а также незначительным влиянием на звук вследствие достаточно высокого поляризующего напряжения на его обкладках. При возможности ставьте пленочные конденсаторы.

Конденсатор С2 (С4) влияет на уровень искажений буферного каскада. Без него они значительно возрастают, также увеличивается выходное сопротивление.

Вы правы, буфер на биполярных транзисторах имеет лучшую повторяемость.

Мне представляется, читатели разберутся, какой буферный каскад использовать: на лампах, операционных усилителях или псевдодвухтактный на транзисторах.

<

химик

Сергей Романов Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 5 от 30-01-17, 14:34.
Ответить
  • С нами с 11.08.2009
  • 36 комментариев
  • 4 публикации
 
Добрый день Владимир, вопрос такой, нужен ли данный буфер, если перед входом усилителя на кремниевых транзисторах из вашей статьи "Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры..." стоит фильтр на ОУ http://www.electroclub.info/samodel/two_way_cross.htm
Выход ОУ, если я не ошибаюсь, также имеет низкое сопротивление.

<

MVV

Владимир Мосягин Читатель Датагора
  • Автор
Комментарий # 6 от 30-01-17, 15:36.
Ответить
  • С нами с 21.09.2011
  • 201 комментарий
  • 44 публикации
 
Сергей, буфер в этом случае не нужен.

Указанные фильтры выполнены на операционных усилителях (ОУ) и имеют низкое выходное сопротивление.

Нужно выбрать ОУ с возможностью работы на нагрузку 600 Ом.

<

химик

Сергей Романов Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 7 от 30-01-17, 17:56.
Ответить
  • С нами с 11.08.2009
  • 36 комментариев
  • 4 публикации
 
Фильтры уже давно собрал, использовал ОУ ОРА2134, которые могут работать на нагрузку 600 Ом. Никак руки не дойдут собрать оконечники smile

<

AntonKud

Антон Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 8 от 30-05-19, 13:18.
Ответить
  • С нами с 15.10.2018
  • 21 комментарий
  • 0 публикаций
 
Добрый день! Имеет ли смысл использовать подобный буфер с регулятором громкости в усилителе jlh с двухполярным питанием?

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 9 от 30-05-19, 17:14.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 220 комментариев
  • 274 публикации
 
<

AntonKud

Антон Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 10 от 31-05-19, 1:37.
Ответить
  • С нами с 15.10.2018
  • 21 комментарий
  • 0 публикаций
 
Datagor,
Приветствую! Прочитал, но понимания мне это не добавило. К сожалению мой текущий уровень знаний не позволяет мне отличить инвертирующий усилитель от неинвертирующего и оценить его входное и выходное сопротивление.

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 11 от 31-05-19, 8:15.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 220 комментариев
  • 274 публикации
 
Антон, я к тому, что если у вас усилитель с двухполярным питанием, то логично применить и буфер с двухполярным питанием.

<

AntonKud

Антон Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 12 от 31-05-19, 12:51.
Ответить
  • С нами с 15.10.2018
  • 21 комментарий
  • 0 публикаций
 
Datagor,
Согласен, но я не могу понять нужен ли он там вообще и какой эффект даёт буфер чисто с точки зрения изменения качества/характера звучания.

<

Yamazaki

Сергей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 13 от 01-06-19, 14:24.
Ответить
  • С нами с 2.07.2009
  • 183 комментария
  • 9 публикаций
 
AntonKud, сейчас широко распространены такие источники, которые работают неплохо и без дополнительных буферов. Скажем, любая звуковая карта компьютера худо-бедно работает на 32 Ом наушники, значит вход усилителя в единицы или десятки килоом потянет спокойно.
Если же выход источника слабый, а вход усилителя относительно низкоомный, нужно применять буфер. Повторюсь, это редкая ситуация. Чаще бывает так, что источник имеет недостаточное напряжение для раскачки усилителя на полную мощность, тогда нужен предварительный усилитель по напряжению.

Добавить комментарий, вопрос, отзыв 💬

Камрады, будьте корректны и вежливы, соблюдайте правила!


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой

Офигенная миниатюрная рация на литии BaoFeng UV-5R, 5W, 5-15 км!

Тестер универсальный LCR-TC1 для транзисторов, конденсаторов, ESR, MOSFET и т.д.
  • smilelolhellowinkscepticthumbupbored
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashpartyhandshake
    musicnegativenowordspardonshoksleepunknown
    wackoyawnsainthelmethashsmokingwhew


Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.