Задача рассматриваемой схемы — модифицировать звук стереоусилителя. С ее помощью можно плавно регулировать громкость, тембр и баланс между каналами.
Основные параметры:
- плавная регулировка усиления двух аудиоканалов от полного затухания до +10 дБ;
- плавная регулировка баланса;
- плавная регулировка усиления низких и высоких тонов с возможностью их усиления и подавления;
- модуль изготовлен из дешевых и легко доступных компонентов;
- однополярное питание в диапазоне 12…30 В;
- ток потребления примерно 10 мА.
Несмотря на использование цифровых звуковых процессоров, тенденция к полностью аналоговому управлению звуком сохраняется. Многие меломаны хотят формировать звук своей аудиосистемы с помощью обычных ручек — таких же, какие использовались в устройствах десятилетия назад. Современные решения, хотя и очень точные, и визуально привлекательные, такие как управление эквалайзером с цветного сенсорного экрана, имеют столько же сторонников, сколько и противников.
Как работает схема регулятора громкости, тембра и баланса
Принципиальная схема темброблока построена на микросхемах и представлена на рисунке ниже. Входной аудиосигнал подается на выводы разъема J1. Его нагрузкой является цепь сопротивления двойного потенциометра. С помощью этого потенциометра регулируется громкость, а еще здесь можно полностью отключить звук.
Поскольку устройство питается от одного постоянного напряжения, а звуковой сигнал имеет биполярный характер, необходимо разделить постоянную составляющую между входом и дальнейшими элементами системы, что осуществляется конденсаторами С1 и С2. Вместе с резисторами R1 и R2 они создают фильтр верхних частот с частотой среза около 22 мГц. Нет никаких шансов, что такой фильтр окажет заметное влияние на звук.
Мы хотим, чтобы характеристика управления регулятором громкости была максимально приближена к логарифмической, а эти резисторы ее искажают. Поэтому важно, чтобы соотношение их сопротивлений к сопротивлению цепей сопротивления регулятора Р1 было как можно выше.
На микросхемах US1 US2 реализованы повторители напряжения, которые призваны стабилизировать внутреннее сопротивление источника сигнала. Резисторы R3 и R4 ограничивают ток, протекающий через затворы транзисторов входного каскада. В свою очередь, резисторы R5 и R6 компенсируют влияние входных токов, смещающих транзисторы входных каскадов операционных усилителей. Это позволяет применить в схеме более дешевые операционные усилители с биполярными транзисторами на входе, например, микросхему LM324.
Далее сигнал проходит через систему контроля баланса — потенциометр Р2 и резисторы R7 и R8 создают делитель напряжения. Ползунок регулятора баланса Р2 по переменной составляющей закорочен на землю через конденсаторы С3 и С4, поэтому его потенциал не меняется.
Если ползунок расположен посередине переменного резистора, то каждый из ранее упомянутых резисторов нагружен сопротивлением 50 кОм, что вносит затухание примерно на 10 дБ в оба пути прохождения сигнала. Поворот ползунка в одно из крайних положений глушит одну ветвь до нуля, а в другую вносит затухание на 6 дБ за счет нагрузки резистора 100 кОм (R7 или R8) сопротивление, равное 100 кОм (все сопротивление Р2).
За регулятором баланса расположены повторители напряжения на операционных усилителях US1B и US1C. Резисторы R9 и R10 компенсируют влияние токов подмагничивания затворов входных транзисторов. Это необходимо для стабилизации управляющего сопротивления следующего каскада, поскольку инвертирующий усилитель имеет входное сопротивление 10 кОм.
Коэффициент усиления этого каскада по абсолютной величине составляет 10-20 дБ. Это позволяет обеспечить коэффициент усиления всего модуля выше 0 дБ, а также частично исключает влияние следующего и предыдущего каскада, который вносит затухание и меняет фазу сигнала.
Рассмотрим коррекцию передаточных характеристик. Он позволяет изменять усиление как низких тонов (с помощью регулятора тембра P3), так и высоких тонов — с помощью регулятора тембра P4. Любая неравномерность сдвоенных регуляторов тембра не будет ощущаться кардинально, поскольку человеческий слух имеет низкую чувствительность к небольшим расхождениям в частотных характеристиках левого и правого каналов аудиосистемы.
Выходное сопротивление этого каскада близко к нулю, поэтому его можно использовать для управления другим устройством без необходимости использования дополнительных повторителей. Электролитические конденсаторы С13 и С14 отсекают постоянную составляющую, а резисторы R29 и R30 отвечают за правильную поляризацию этих конденсаторов.
Задача R27 и R28 — согласовать выходное сопротивление схемы с характеристическим сопротивлением экранированного кабеля, соединяющего аудиоблоки. Это также позволяет избежать риска возбуждения операционных усилителей, когда их выходы нагружены значительной емкостью длинного кабеля.
Делитель, состоящий из R31 и R32, является источником двухполярного напряжения, питающего систему. Конденсаторы С20…С22 его фильтруют.
Сборка и настройка активного темброблока для усилителя
Модуль темброблока для усилителя собран на двусторонней печатной плате размерами 100×50 мм. Размещение элементов на печатной плате представлено на рисунке ниже.
Правильно собранная схема темброблока готова к работе без дополнительных пуско-наладочных мероприятий. Питание должно быть постоянного напряжения в диапазоне 12…30 В. Питание подключается к клеммам разъема J3. Главное, чтобы это напряжение не содержало помех, источником которых могут быть дешевые импульсные преобразователи или очень экономичные трансформаторные блоки питания.
В связи с наличием в цепи сигнала системы электролитических конденсаторов значительных емкостей, после включения питания необходимо дождаться стабилизации потенциалов между их выводами. Процесс запуска займет чуть больше минуты, за это время устройство может не выдавать сигнал или искажать его. По этой причине рекомендуется сначала включать этот модуль, а затем усилители мощности. Переменные резисторы Р1…Р4 размещают через равные промежутки 20 мм, в том числе на расстоянии 20 мм от боковых кромок платы.
Испытания темброблока
Напряжение, питающее схему, влияет на максимальную амплитуду выходного сигнала, которую можно обработать без видимых искажений. Эксперименты показали, что при напряжении 12 В на выходе системы может появиться сигнал с размахом до 8,5 В. В свою очередь, при напряжении 24 В этот предел увеличивается до 16,5 В. Речь идет только о нелинейных искажениях.
Модуль прошел испытания на передаточные характеристики. Все измерения проводились при напряжении питания 12 В и входном сигнале с размахом 100 мВ. Этот сигнал имел синусоидальную форму с частотой в диапазоне 10 Гц…50 кГц. Выход системы был нагружен только щупом осциллографа. Были протестированы только один вход и один выход. Потенциометр Р1 был повернут на максимальную громкость (вправо).
Амплитудные характеристики активного регулятора громкости, тембра и баланса при среднем положении переменных резисторов Р2, Р3 и Р4 показаны на рисунке ниже. Коэффициент усиления устройства составляет примерно 11 дБ с разбросом в 1 дБ от этого значения на концах АЧХ. Характеристики не содержат существенных пульсаций, поэтому установка регуляторов в середину позволяет получить практически прозрачный высококачественный предусилитель.
Возможности регулировки в диапазоне низких часто можно увидеть на следующем изображении. Верхняя линия отражает передаточную характеристику схемы при крайнем правом положении регулятора тембра P3. Возможен подъем более, чем на 20 дБ относительно нейтрального уровня, который, как было определено ранее, составляет около 11 дБ.
В свою очередь, нижняя линия отражает ход этой характеристики при повороте оси Р3 влево, что соответствует затуханию. Как видите, затухание может достигать около 30 дБ. Влияние этого регулятора исчезает для частот от 1 кГц и выше. P2 и P4 были установлены в средние положения.
В свою очередь, эффект регулировки потенциометром Р4 можно увидеть на картинке ниже. Крайнее правое положение — усиление, то есть верхняя линия демонстрирует возможность увеличить усиление до 20 дБ, но если принять за конец акустической полосы 20 кГц, то это увеличение может достигать примерно 17 дБ. В свою очередь, затухание, изображенное нижней линией, также может достигать примерно 17 дБ в конце слышимого диапазона частот.
Фазовые характеристики высококачественного темброблока исследованы путем наблюдения за качеством передачи треугольного сигнала. Эта осциллограмма представлена на следующем рисунке.
Сигнал такой формы очень чувствителен к искажениям, вызванным волнами фазовых характеристик системы, через которую он проходит. Здесь таких аномалий нет, поэтому фаза воспроизводится правильно во всех гармонических составляющих. Измерения проводились на частоте 1 кГц при амплитуде входного сигнала 100 мВ и нейтральном положении регуляторов Р2, Р3 и Р4.
Перечень комплектующих для сборки модуля своими руками
Номиналы элементов на принципиальной схеме активного темброблока не всегда хорошо читаются. Сводный перечень компонентов облегчит сборку устройства своими руками.
РЕЗИСТОРЫ 0,25 ВТ:
- R1, R2, R25, R26 — 33 кОм;
- R3, R4, R11, R13…R15, R17…R19, R21…R23, R29…R32 — 10 кОм;
- R5, R6 — 47 кОм;
- R7, R8, R12, R16 — 100 кОм;
- R9, R10 — 68 кОм;
- R20, R24 — 3,3 кОм;
- R27, R28 — 56 Ом;
- P1 — 10 кОм сдвоенный логарифмический;
- P2 — 100 кОм одинарный линейный;
- P3, R4 — 100 кОм сдвоенный линейный.
КОНДЕНСАТОРЫ:
- C1…C3, C13, C14, C16, C17, C20, C22 — 220 мкФ\35 В, шаг 3,5 мм;
- C4 — 1 мкФ 5 мм;
- C5, C6, C9, C10 — 33 нФ, 5 мм;
- C7, C8, C11, C12 — 3,3 нФ, 5 мм;
- C15 — 470 мкФ\35 В, шаг 5 мм;
- C18, C19, C21 — 100 нФ 5 мм.
ПОЛУПРОВОДНИКИ: US1, US2 — TL084 DIP14 (описание в тексте).
ПРОЧЕЕ:
- J1, J2 — АРК3/500;
- J3 — АРК2/500;
- две розетки DIP14.
Loading...
