Lautstärkeregelung mit Pufferstufe. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ton, Lautstärkeregler

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Unter vielen Kennern hochwertiger Klangwiedergabe findet derzeit die sogenannte „Kurzweg-Ideologie“ ihre Anhänger. Bei solchen Geräten verzichtet der Vorverstärker auf die üblichen Klangregler, unnötigen Schaltelemente, Loudness-Schaltkreise und Balance-Regler und vor allem auf ein Minimum an aktiven Komponenten.

Aufgrund der Tatsache, dass die Ausgangsspannung moderner Signalquellen tatsächlich zum Standard geworden ist – 2 V – kann auf den Vorverstärker verzichtet werden. Allerdings reicht die Belastbarkeit solcher Signalquellen nicht immer aus, um einen relativ niederohmigen Lautstärkeregler oder Leistungsverstärker direkt anzuschließen. Daher erweist es sich in einigen Fällen als sinnvoll, einen hochohmigen Lautstärkeregler mit anschließendem Spannungsfolger zu verwenden, der die Funktion der Kopplung des Reglers mit dem UMZCH-Eingangsfilter übernimmt. Häufig wird eine solche Kaskade mit einem hochwertigen und teuren Operationsverstärker OPA627 im Spannungsfolgermodus aufgebaut. In einem Operationsverstärker mit XNUMX % OOS sind die Voraussetzungen für das Auftreten dynamischer Verzerrungen geschaffen.

Ich habe Vergleichstests von drei Puffer-Repeatern durchgeführt: den ersten – am OPA627-Operationsverstärker, den zweiten – am OPA637-Operationsverstärker, den dritten – an Feldeffekttransistoren, wie im Artikel beschrieben. In der Version der Pufferstufe, die den Operationsverstärker OPA637 verwendet (dies ist derselbe OPA627, nur auf eine Verstärkung von mindestens fünf eingestellt), beträgt sein Verstärkungskoeffizient KU = 5. Diese Option zeigte nach Meinung des Autors einen transparenteren Klang als beim OPA627, was auf die Begrenzung der Rückkopplungstiefe und die Erweiterung des Intra-Loop-Verstärkungsbandes bei einem Verstärker zurückzuführen ist, der weniger korrigiert war als beim OPA627. Die dritte Option ist ein Puffer auf Basis eines rauscharmen Feldeffekttransistors, der sich durch eine hohe Linearität auszeichnet.

Dieses Gerät ist das Ergebnis einer Vereinfachung des Verstärkers für Kopfhörer, die der Autor vor einigen Jahren in einem der Foren vorgeschlagen hat und die sich gut bewährt hat. Subjektiv erweist sich ein solcher Puffer als der „transparenteste“, ohne erkennbare Trübungen oder bestimmte Farben im Klang. Der Typ des Verstärkertransistors und seine Betriebsart wurden sorgfältig ausgewählt, wodurch sehr geringe nichtlineare Verzerrungen erzielt werden konnten.

Da es sich bei dem verwendeten Transistor um einen Ultrahochfrequenz-Feldeffekttransistor mit linearer Übertragungscharakteristik und kleinen Zwischenelektrodenkapazitäten handelt, bleiben die nichtlinearen Verzerrungen eines solchen Repeaters bei allen hörbaren Audiofrequenzen sehr gering. Die hier verwendete Pufferstufe ist hauptsächlich für UMZCH mit einem Eingangswiderstand von mindestens 10 kOhm ausgelegt, während der THD bei Frequenzen von 1 und 10 kHz bei einer Spannung von 2 V etwa 0,002 % beträgt. Der Autor war nicht in der Lage, den eigenen Rauschpegel der Kaskade zuverlässig zu messen, da kein Voltmeter mit echten Effektivwertwerten vorhanden war. Wenn der Repeater jedoch an einen Spektrumanalysator (basierend auf dem SpectraLab-Programm und der ESI Juli@-Soundkarte) angeschlossen war, wurde fast keine Verschiebung des Spektrumsbodens festgestellt und der Rauschpegel blieb sehr niedrig. Das für Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate typische Flickerrauschen erwies sich als unsichtbar. Das Diagramm der Lautstärkereglerbaugruppe ist in Abb. dargestellt. 1.

Fig. 1

Das Eingangsaudiosignal wird einem hochwertigen variablen Lautstärkereglerwiderstand R1.1 zugeführt (R1.2 ist für den anderen Kanal). Hier wurde die Verwendung eines relativ hochohmigen Widerstands durch die Tatsache diktiert, dass es sich um eine Last für die an den beschriebenen Block angeschlossene Signalquelle handelt. Die Ausgangsstufe moderner CD-DVD-Player, Kassettendecks und Soundkarten ist in der Regel ein integrierter Operationsverstärker, dessen Verzerrung umso geringer ist, je höher der Lastwiderstand ist.

Ein weiterer wichtiger Faktor: Selbst relativ teure Modelle von CD-DVD-Playern, Tunern und Computer-Soundkarten verfügen an den Ausgängen über Oxid-Entkopplungskondensatoren und sind in der Regel ohne Polarisationsspannung. Typischerweise werden für solche Zwecke Oxidkondensatoren für eine Spannung von 63–100 V und eine relativ niedrige Kapazität (typischer Wert – 4,7 μF) gewählt. In diesem Fall wird die Nichtlinearität des Entkopplungskondensators umso stärker zum Ausdruck kommen, je geringer der Eingangswiderstand der nächsten Stufe ist. Die Notwendigkeit, die Reglerbaugruppe sowohl mit der Signalquelle als auch dem nachfolgenden UMZCH mit parallelem OOS zu koordinieren, lässt sich am Beispiel der ESI Juli@-Soundkarte zeigen.

Sobald diese Karte auf dem russischen Markt erhältlich war, las ich Rezensionen in Amateurfunkforen, in denen es hieß, dass der Bass „flüssig“ und unnatürlich sei, wenn der UMZCH an die asymmetrischen Ausgänge der Karte angeschlossen sei. Beim Anschluss der Last an die symmetrischen „DC-gekoppelten“ Ausgänge wurde ein solcher Effekt nicht beobachtet. Es stellt sich heraus, dass an den asymmetrischen Ausgängen der Karte Tantalkondensatoren mit geringer Kapazität installiert sind. Daher gab es bei einer Eingangsimpedanz von UMZCH 10 kOhm, typisch für einen Breitbandverstärker mit parallelem OOS, einen Mangel an Bass und einen etwas unnatürlichen Klang im Niederfrequenzbereich. Beim Anschluss des UMZCH über den beschriebenen Lautstärkeregler mit einer Eingangsimpedanz von 100 kOhm war der oben genannte Effekt nicht mehr spürbar.

Kehren wir zur Beschreibung der Reglerbaugruppe zurück. Vom Motor des variablen Widerstands R1.1 geht das Signal zum Gate des Strömungsfolgers VT1, der von einer Stromquelle geladen wird, die auf einem Transistor VT2 desselben Typs basiert. Ein herkömmlicher Bipolartransistor sollte hier nicht verwendet werden, da seine nichtlineare Kollektorkapazität größer als die von 2P902 ist; auch die Linearität des Ausgangswiderstandes ist ihm unterlegen. Vom Ausgang des Durchflussverstärkers gelangt das Signal über eine Reihe von Isolationskondensatoren C3–C7 zur Last. Um tiefe und natürliche Bässe zu erhalten, wurde die Grenzfrequenz des Hochpassfilters, der durch die Kopplungskondensatoren mit der Eingangsimpedanz des UMZCH (10 kOhm) gebildet wird, sehr niedrig gewählt – 0,95 Hz.

Wie die Praxis gezeigt hat, erzeugen höhere Grenzfrequenzen ein Gefühl von „flüssigen“ Bässen ohne „Fundament“ – obwohl eine Grenzfrequenz von 10 Hz logischerweise mehr als ausreichend sein sollte. Das Netzteil des Geräts ist nach traditionellem Design gefertigt und weist keine Besonderheiten auf; Es empfiehlt sich, proprietäre integrierte Stabilisatoren (µA7815UC, µA7915UC) zu verwenden, da der Rauschpegel anderer Mikroschaltungen möglicherweise nicht standardisiert ist. Die Stromversorgung erfolgt über einen Abspann-Netztransformator mit Wicklungen für eine Spannung von 2x18 V und ausgelegt für einen Laststrom von mindestens 150 mA. Konstruktiv ist der Lautstärkeregler auf einer beidseitig aus Glasfaserfolie gefertigten Leiterplatte gefertigt; seine Zeichnung mit der Anordnung der Elemente ist in Abb. 2.

Fig. 2

Die Nummerierung der Elemente des zweiten Kanals beginnt beim zweiten Hundert (C101, VT101 usw.), der Ein- und Ausgang des zweiten Kanals des Blocks ist mit den Pins 3 der Anschlüsse XS1 und XS2 verbunden. Die Fülle an Sperrkondensatoren sowie die spezifische HF-Topologie der Platine (an manchen Stellen wird eine Parallelschaltung von Folienschichten verwendet – zum Beispiel in den Quellen von VT1, VT2 sowie zwischen der Quelle von VT1 und der Drain von VT2) wird durch die Tatsache bestimmt, dass 2P902A-Transistoren bei Frequenzen im Bereich DMV sehr anfällig für Selbsterregung sind. Die Muttern sollten auf die Gehäuseschrauben VT1, VT2 aufgeschraubt werden, bis der Gewindeteil gefüllt ist; sie erfüllen die Funktion eines Kühlkörpers (obwohl sich die Transistoren auch ohne Muttern leicht erwärmen). Die Platine wird mit zwei Metallecken an den Seiten an der Frontplatte des Verstärkers befestigt. In der Version des Autors wurde die Lautstärkeregelungsplatine in das Gehäuse des UMZCH selbst eingebaut und um mögliche Störungen durch seine Hochstromkreise zu minimieren, wurde sie in einem Metallschirm (rechteckiger Kasten) aus Weißblech platziert, der mit zwei Krallen gesichert war auch an der Frontplatte des UMZCH mit Schrauben. Die Signalleitungen und die Stromversorgungsleitung verlaufen durch die Löcher in der Rückwand des Abschirmkastens. Der Autor hielt es für unangemessen, für einen solchen Lautstärkeregler ein separates Gehäuse zu bauen.

Bei der Lautstärkeregelung ist es möglich, einige Teile auszutauschen: Transistor 2P902A (VT1, VT2) – durch KP902A, VS546 (VT3) – durch KT3102AM, Dioden 1N4004 (VD1-VD4) – durch KD209A. Die Chips 7815 (DA1) und 7915 (DA2) können durch ihre nahen Analoga ersetzt werden. Die Spannungsstabilisierungschips DA1, DA2 sind auf den Kühlkörpern HS-315 (verkauft bei Chip iDip) installiert, die bei Funkamateuren beliebt geworden sind. Doppelter variabler Widerstand (R1.1 und R1.2) – ALPS-RK27, auf Bestellung bei SIMMETRON und DODEKA gekauft. C1, C2 - Haushaltskeramikkondensatoren KT-1, KD-2, K10-7V mit TKE M47 und MZZ.

Alle im Design verwendeten Widerstände sind importierte Präzisionsmetallfilme (MF – Metal Film) mit einer Leistung von 0,25 W. Wenn diese nicht vorhanden sind, können Sie inländische Analoga von C2-29 (im Gegensatz dazu haben importierte Anschlüsse ohne Oxid), Metall-Dielektrikum C2-23 und MLT (in absteigender Reihenfolge der Präferenz aufgeführt) verwenden. Kondensatoren C19, C20 – K50-35 oder importiert von Jamicon oder Samsung; C25, C26 – K50-35 oder ähnliche importierte; C8, C9, C12, C13 – EPCOS B32529-C105K für 63 V. Sie können durch Keramikkondensatoren mit geringerer Kapazität (mindestens 0,047 μF) ersetzt werden, zum Beispiel K10-7, KD-1, KM-5.

Kondensatoren C3-C7 - EPCOS B32529-C5335 bei 50 V mit einer Kapazität von 3,3 µF ±5 %; Hier ist es unmöglich, einen vollwertigen Haushaltsersatz zu finden, da die gebrauchten Epcos Staked MKT-Kondensatoren nicht nur eine sehr hohe Verarbeitungsqualität aufweisen, sondern auch ein beispiellos hohes Verhältnis von Kapazität zu Größe aufweisen, d. h. diese Kondensatoren sind die kompaktesten . Epcos-Kondensatoren werden von Unternehmen verkauft, die Funkamateuren bekannt sind. Kondensatoren C10, C11, C14-C16, C21-C24 - K10-7V mit einer Kapazität von 0,068 µF bei 40 V. Anschlüsse XS1-XS3 - Klemmenblöcke DINKLE-DT126VP. Abschließend ist es sinnvoll, einige Empfehlungen für die Installation von KP902-Transistoren zu geben. Diese Geräte sind äußerst „empfindlich“ und können einer Überschreitung der zulässigen Spannung nicht standhalten: Wenn die Drain-Source-Spannung mehr als 50 V beträgt, fällt ein solcher Transistor aus. Auch statische Elektrizität ist für ihn gefährlich.

Der Haupttrick besteht jedoch darin, dass man bei diesen Geräten „den Verschluss ausschalten“ kann; In diesem Fall bleibt der Transistor betriebsbereit, aber die Leckage im Gate-Schaltkreis und das Rauschen nehmen zu. Um Probleme zu vermeiden, sollte die Installation der Geräte mit einer antistatischen Lötstation erfolgen oder während des Lötens der Netzlötkolben ausgeschaltet und ein antistatisches Armband verwendet werden. Ansonsten ist, wie die Praxis gezeigt hat, ein Ausfall der Transistoren nahezu garantiert. Daher müssen Sie beim Kauf eines KP902A auf die Lagerbedingungen dieser Geräte achten; Im Handel werden sie meist in Folie verpackt verkauft. Nach dem Zusammenbau der Platine ist es sinnvoll, die Funktionsfähigkeit des Transistors VT1 zu überprüfen; Dazu müssen Sie die R1-Regler auf die maximale Lautstärkeposition stellen und ein hochohmiges DC-Millivoltmeter an den Eingang anschließen. Wenn am Widerstand R1 eine niedrige konstante Spannung anliegt, deutet dies darauf hin, dass VT1 ein „beschädigtes Gate“ hat.

Autor: Ya.Tokarev, Moskau; Veröffentlichung: cxem.net

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