Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители. Гл.1

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.

Видео как правильно подключить четырёхканальный и одноканальный усилитель

Надеемся, что эта статья помогла разобраться в том, как правильно подключить автомобильный усилитель. Оцените статью по 5 бальной шкале, если есть замечания, пожелания или вы знаете что-то, что не указано в данной статье сообщите нам! Оставьте свой комментарий ниже. Это поможет сделать информацию на сайте ещё более полезной.

Ранее из магнитолы были выведены линейные выходы, что описано в первой части статьи (Линейные выходы (Часть 1)). Но, как выяснил, есть следующие минусы 1) Уровень сигнала достаточно слаб. При привычном прослушивании музыки на громкости в районе 10 единиц на усилителе уровень входа завернут почти в максимум 2) Из-за низкого уровня есть сильные помехи от сигналки, т.к. любой мало-мальский сигнал помехи сильно «конкурирует» с полезным сигналом. Происходит каждый раз, когда сигналка посылает какой-либо сигнал. Например, если с брелока запросить состояние авто. Но это я не делаю, у меня нет брелока от сиги, т.к. slave-режим. Но вот очень напрягает сильный треск в момент автозапуска при нажатии на тормоз, когда работа двигателя из поддержки зажигания переходит в обычный режим, сигналка как раз посылает сигнал в антенну, что перешла в обычный режим. Выбор был между готовым конструктором от МастерКИТ (BM2118), цена вопроса 610 р. Либо попробовать собрать самодельный предусилитель, обошлось в 190р за микросхему, остальные детали нашел в закромах. Сделать самоделку было решено так же по той причине, что в готовом радиоконструкторе стоит ОУ непонятно какого качества. А в найденной мною схеме используется операционник OPA2134, который, если не врет яндекс, используется в аппаратуре HI-FI и даже HI-END класса. Есть полный аналог этому операционнику NJM4558D, совпадает все полностью — и сама схема и даже номиналы обвеса. Цена 33 р. Точнее даже сказать, что я нашел схему на 4558, но так как операционники совпадают, то решил в этой схеме заменить 4558 на 2134. Так же нашел в инете, что некоторые люди в простенькой аппаратуре 4558 меняют на 2134 просто перепаивая их местами. Цена за 2134 небольшая, поэтому экономить не вижу смысла. Схема

Схема печатной платы

Найденные мною детали несколько отличаются в размерах от найденной, поэтому я начертил свою согласно своим размерам. К тому же спецы советуют использовать в звуковом тракте пленочные кондеры, а у меня как раз нашлись такие К73-17 от старой советской аппаратуры. Он больше по размеру, чем керамика, но на плате места хватает.

Плата вытравлена, отверстия просверлены, детали впаяны

Плата установлена на заднюю стенку магнитолы, места между стенкой и CD-приводом как раз хватает

Предусилитель сделан только на фронтальные каналы, т.к. задние ввиду их сильно заниженного уровня еще с ЦАПа, не используются, а раскладка зада от переда происходит прямо во внешнем усилителе. Питание платы с пина 18, который запитывает внешнюю антенну. Что в итоге: 1) Уровень сигнала очень сильно повысился. Если раньше уровень входа на внешнем усилке стоял почти в максимум, то теперь он в самый минимум. При первом включении уровень громкости оказался выше прежнего даже на 1 единице громкости в магнитоле. 2) Помехи от сигналки почти пропали. Они, конечно, не ушли полностью, все равно треск слышен, но он такой слабый, что слышно только если либо при выключенном звуке, либо если музыка играет очень тихо, что в принципе не напрягает. 3) Звук немного изменился. Он не стал хуже, он стал просто немного другим. До этого не хватало верхов, они были подняты на +5, т.е. настройки маги были 0/0/+5, теперь с верхами все хорошо, но средних стало чуть больше, голос стал сильнее выделятся, пришлось средние убавить, теперь 0/-5/0. Но тут еще грешу на акустику, т.к. спереди мидбасы поменяны на DD, но так как я из брал через авито по дешевке, то они достались мне без кроссоверов и пищалок. Кроссы собраны самопально от другого комплекта, а пищалки вообще остались родные. Чувствуется несогласованность комплекта. По плану перед будет заменен на другой комплект, а DDшки переедут назад.

↑ 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. Полный вариант статьи доступен 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. Полный вариант статьи доступен 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).

ХАРАКТЕРИСТИКИ СХЕМЫ.

• Общее гармоническое искажения: типовое значение менее — 0.001%, на опытном экземпляре измерили —
  0.00025%!
• линейность искажений: искажения удваиваются на частотах выше 55КГц, а затем удваиваются каждую октаву.
• уровень шумов: ниже 138db на 1 кГц
• Полоса частот: более 50 МГц (зависит от применённых транзисторов).
• Ограничение сигнала: + 4,9 В -6.3В
• Максимальный выходной ток: -10mA
• Входное сопротивление: 10k — 100k (зависит от входных цепей, см. далее по тексту).
• Выходное сопротивление:

4 комментария к “Прозрачный буфер”

Уважаемы Главный редактор, здравствуйте! Прокомментируйте, пожалуйста, по-возможности, вот это: «Идеальное место для него на выходе ЦАП или предварительного усилителя.» В свете ниже перечисленных вопросов: 1.Каким образом он может состыковываться с тем же «предом» Д. Селфа? Два буфера в каждое плечо после балансного выхода? 2.По каким соображениям выбрано питание +/-10В? Допустимое напряжение транзисторов на преходе КЭ-45 вольт. 3.Вероятно, повысит перегрузочную способность всего устройства (предусилителя, конечно)?

С уважением, leonardo

Постараюсь прокомментировать, как смогу:

1. Для балансного выхода лучше поискать другой вариант. Здесь чисто НЕбалансный буфер. Подбор транзисторов, очень тонкая настройка — зачем?

2. Вопрос лучше адресовать автору. Не мы выбирали напряжение питания. Хотя, если учесть, что предварительные каскады работают обычно с амплитудой сигнала 2-4В (и то это максимум), до 10В — это выбрано с разумным запасом. Нет ограничения амплитуды и лишнего нагрева элементов. Ну а транзисторы копеечные. Что с того, что Uкэ-45В?

3. Нагрузочная способность самого предусилителя останется прежней. Но буфер будет для него «легкой» нагрузкой. А вот сам буфер без проблем справится с низкоомной или ёмкостной нагрузкой и тем самым сильно облегчит жизнь предварительному усилителю. Так что, да, в целом устройство станет более всеядным по нагрузке: длинный кабели, низкоомные входы — без проблем.

Благодарю Вас за весьма подробный ответ.

С уважением, leonardo

Извините, не буду тратить на это время. В конструкции всего горсть деталей. По обозначениям на схеме всё понятно, сам собирал по ней — сложностей не возникло. Плюс есть чертёж платы и фото готовой конструкции.

Если Вам этого мало, то Вам рано собирать такие схемы.

Добавить комментарий

Спамеры, не тратьте своё время — все комментарии модерируются. All comments are moderated!

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Немного поразмыслив о целесообразности распайки линеек, я решил паять. Пусть будут. На всякий случай, на будущее, ибо автозвук — это болезнь затяжная и прогрессирующая.

Сигнал с аудиопроцессора слишком слаб, а с микросхемы усилителя мощности — слишком силён, да и искажения, внесённые им, нам совершенно не нужны.

Изучив блог Михаила, я выделил для себя несколько моделей предусилителей, разработанных им.

Очевидно, что самая продвинутая — это последняя. Тут и Remout выведен и, что самое важное, акустическая земля разведена с землёй питания посредством гальванической развязки. Очень хотелось её собрать, но в продаже не нашёл элементов гальванической развязки и еще некоторые. Да и решил, что не настолько я и болен пока что))

Вторая отличается от первой компенсацией погонной ёмкости межблочных кабелей. Цитата Михаила: «На слух: теперь голове вообще по барабану, какой межблок -бюджетный за 100 рублей, или топовый за 1000 уе … играет СЧ/ВЧ совершенно одинаково»

Подробнее о них читаем тут и тут

Поэтому мой выбор пал именно на второй вариант. Заранее решил себя ограничить и решил, что 4 канала мне ни к чему совсем, ибо выжато максимум (для меня, опять же) из штатной головы и для меня достаточно мощности от 17 В питания, поэтому колонки будут от встроенного играть. А вот про запас на возможный саб два канала я выведу на будущее.

Попросил у Михаила (за что ему низкий поклон и лучи добра) файлы со слоями и немного переделал для двухканальной схемы. Ну и добавил Remout.

Вот, что получилось:

Все файлы слоёв предусилителей и свой выкладываю вместе с программой SrintLayout6 тут

, надеюсь Михаил против не будет.

Всем спасибо, кто осилил, не переключайтесь, далее практическая часть)))

↑ Список упомянутых источников

1. Мосягин В., Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце // Журнал практической электроники «Датагор», 2020. 2. Мосягин В., Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ // Журнал практической электроники «Датагор», 2020. 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, 2020, 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!

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Буферный усилитель, содержащий токовое зеркало (1), входной дифференциальный каскад (2) с первым (3) и вторым (4) токовыми выходами, первый (3) токовый выход входного дифференциального каскада (2) связан со входом токового зеркала (1), второй (4) токовый выход входного дифференциального каскада (2) связан с выходом токового зеркала (1) и базой составного транзистора (5), эмиттер которого соединен с выходом устройства (6) и цепью нагрузки (7), отличающийся тем, что в схему введены первый (8) и второй (9) дополнительные каскады усиления на транзисторах по схеме с общей базой, первый (3) токовый выход входного дифференциального каскада (2) связан со входом токового зеркала (1) через первый (8) дополнительный каскад усиления на транзисторе по схеме с общей базой, второй (4) токовый выход входного дифференциального каскада (2) связан с выходом токового зеркала (1) через второй (9) дополнительный каскад усиления на транзисторе по схеме с общей базой, причем общие выводы (10) и (11) первого (8) и второго (9) дополнительных каскадов усиления на транзисторах по схеме с общей базой соединены друг с другом и подключены к эмиттеру выходного составного транзистора (5).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эмиттер выходного составного транзистора (5) соединен с выходом устройства (6) через цепь согласования потенциалов (12).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эмиттер выходного составного транзистора (5) связан с общими выводами (10) и (11) первого (8) и второго (9) дополнительных каскадов усиления на транзисторах по схеме с общей базой через вспомогательный повторитель напряжения (25).