Valinor

Собранная плата

Вид со стороны дорожек

Примерка в корпус

С трансформатором

Тестовое включение (желтые светодиоды показывают наличие накала, красный - анодное напряжение)

Проверка в собранном виде, остается только уложить нормально провода

Вид сзади

У вас есть гитара, но у вас еще нет овердрайва (или дисторшна, или фузза)? Что ж, ваши молитвы были услышаны! Этот звучит великолепно, он дешевый и его легко собрать!

Если вы гитарист, то наверняка знаете все о различных «эффектах», которые можно использовать для улучшения звучания гитары. На протяжении многих лет многие великие исполнители комбинировали эти эффекты со своими собственными уникальными стилями для создания безошибочно узнаваемых фирменных звуков.

Некоторые из наиболее востребованных звуков создаются путем преднамеренного гармонического искажения музыкального сигнала. Первоначально этот тип эффекта производился исключительно за счет перегрузки выходного каскада ламповых усилителей.

Про овердрайв и дисторшн

В наши дни эффекты искажения создаются специальным электронным оборудованием. Возможно, в попытке извлечь выгоду из успеха прошлых легенд большая часть этого оборудования может похвастаться ламповыми качествами дисторшна.

Ламповые усилители известны мягким клиппингом выходного сигнала, когда они перегружены, по крайней мере, на умеренных уровнях. Если сигнал представляет собой чистую синусоиду, пики просто округляются, при этом происходит некоторое сжатие формы волны.

Эти закругленные пики создают преимущественно гармоники более низкого порядка. По сути, это означает, что гармоники тесно связаны с основными частотами и поэтому имеют тенденцию звучать вполне естественно. Возможно, мы могли бы сказать, что они «резонируют» или «звенят» с основными тонами.

Гармоники, кстати, в музыкальном мире называются «тонами». Они просто кратны исходным, основным частотам.

Как только входной сигнал любого усилителя значительно превышает расчетный предел, выходной сигнал либо сильно обрезается, либо преобразуется в неразличимый шум, в зависимости от характеристик перегрузки усилителя.

В отличие от закругленных пиков волны с мягким клиппингом, жесткое клиппирование характеризуется плоскими волнами с острыми краями. Это происходит из-за того, что выходные каскады доходят до шин питания, срезая пики и сжимая или получая «трещащий» сигнал.

Жесткое отсечение приводит к множеству высших гармоник основных частот. Полученный звук часто описывают как «пронзительный», «довольно резкий» и «более металлический».

Побочный эффект, называемый «интермодуляционными искажениями», возникает, когда все эти гармоники неизбежно смешиваются. Произведение двух частот является как суммой, так и разницей оригиналов, и они не обязательно могут быть «музыкально» связаны с содержанием. Следовательно, интермодуляционные искажения — это нежелательные шумы, которые достаточно легко улавливаются ухом.

Идеальное искажение?

Насколько мы можем судить, не существует простого способа создания идеального эффекта искажения. Почему? В первую очередь потому, что было бы невозможно прийти к общему мнению о том, что это за звук. Это больше связано с типом музыки, личными предпочтениями и стилем игры, чем с чисто техническими аспектами.

Многие коммерческие блоки эффектов искажения сочетают в себе как мягкое, так и жесткое отсечение, а доступные пользователю элементы управления включаются для обеспечения регулировки между этими двумя крайностями, что позволяет адаптироваться к целому ряду музыки и стилей. Некоторые из них также включают регуляторы тембра для повышения универсальности.

"WidgyBox" основан на этих идеях. Критерий проектирования был прост: он должен был быть несложным, недорогим и простым в изготовлении. Мы думаем, что он станет достойным дополнением к базовому набору эффектов любого гитариста.

На рис. 1 показаны детали нашей конструкции — она полностью основана на операционных усилителях серии TL07x. Как и большинство педалей эффектов, схема предназначена для прямого подключения к выходу гитары.

Конденсатор емкостью 47 мкФ соединяет вход по переменному току с первым каскадом операционного усилителя (IC1a). Этот конденсатор намного больше, чем вы могли бы ожидать, чтобы обеспечить низкий уровень шума. Как и во всех следующих каскадах, вход IC1a смещен на половину напряжения шины питания (+V/2), в данном случае через резистор 220 кОм. Резистор 1кОм и конденсатор 10пФ на входе действуют как фильтр нижних частот? предотвращая попадания РЧ (радиочастотных) сигналов в цепь.

IC1a подключена в неинвертирующей конфигурации с коэффициентом усиления 4,9, установленным резисторами обратной связи 39 кОм и 10 кОм. Конденсатор емкостью 150 пФ в цепи обратной связи сглаживает частотную характеристику выше звукового спектра.

Выход IC1a появляется на выводе 1 и связан по переменному току через конденсатор 2,2 мкФ с потенциометром VR1. Этот потенциометр регулирует уровень сигнала на следующем этапе по причинам, которые вскоре станут ясны.

Сигнал от движка VR1, в свою очередь, связан по переменному току с операционным усилителем IC1b через конденсатор емкостью 15 нФ. Этот конденсатор также работает с резистором смещения 100 кОм, образуя фильтр верхних частот, чтобы обеспечить небольшую меру компенсации предыскажений. Это необходимо для уменьшения влияния гармоник нижних струн. По-видимому, эти низкочастотные гармоники имеют тенденцию звучать немного «фруктово» во время работы с аккордами.

Кроме того, обрезание низких частот также может помочь с эквалайзером гитарного звукоснимателя.

IC1b сконфигурирован как неинвертирующий каскад и работает с коэффициентом усиления 12,8. Он выполняет две важные функции, первая из которых заключается в управлении парой встречно-параллельных диодов (D1 и D2), задачей которых является выполнение функции мягкого ограничения.

Работа клиппинга

Это работает довольно просто. Как только пиковый уровень сигнала превышает прямое напряжение (0,2-0,4 В) диодов, они начинают проводить, таким образом отсекая высокие и низкие частоты сигнала. Кроме того, нелинейная характеристика проводимости диодов придает пикам гладкий округлый вид.

Независимо от увеличения уровня возбуждения диоды продолжают ограничивать сигнал примерно до того же напряжения, что приводит к еще большему сжатию (и искажению) сигнала.

При очень высоких уровнях драйва вступает в игру вторая роль IC1b — он начинает жестко ограничивать сигнал. Что происходит, так это то, что уровень усиленного сигнала превышает максимально доступный выходной размах операционного усилителя, поэтому он резко обрезается.

Это нормальное поведение для любого перегруженного операционного усилителя, и это именно то, что нам нужно для нашей функции жесткого ограничения!

Интересен тот факт, что клипса TL072 несимметрична. Это говорит о том, что мы получаем не только гармоники более высокого порядка, упомянутые ранее, но и большую долю четных, а не нечетных мультипликаторов.

Обратите внимание, что мы указали диоды Шоттки для D1 и D2, поскольку они имеют более низкое прямое напряжение, чем обычные 1N4148/1N914. Это дает больший диапазон регулировки между мягким и жестким клиппированием, позволяя больше сжимать форму волны и усиливая эффект «сустейна».

Регуляторы тембра

Искаженный сигнал направляется в сеть управления тоном типа Baxandall, основанную на операционном усилителе IC2 и потенциометрах VR2, VR3 и VR4.

Эти потенциометры и связанные с ними резисторы и конденсаторы образуют цепь обратной связи между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя.

Каждую из низкочастотных, среднечастотных и высокочастотных цепей можно рассматривать отдельно, поскольку они подключены параллельно между сигнальным входом, следующим за IC1b, и выходом IC2 на выводе 6. Кроме того, движок каждого потенциометра эффективно подключен к инвертирующему входу, который является виртуальной землей.

Работа регулятора низких частот следующая: при центрированном VR2 значение сопротивления, подключенного между выходом IC1b и контактом 2 IC2, такое же, как и между контактами 2 и 6, и это устанавливает коэффициент усиления равным -1. Конденсатор емкостью 15 нФ не оказывает никакого влияния, поскольку он одинаково сбалансирован по потенциометру.

Если мы переместим движок VR2 в положение полного усиления (т. е. повернем вал потенциометра полностью по часовой стрелке), мы получим 19 кОм (18 кОм + 1 кОм) между входом и контактом 2 IC2 и 19 кОм между контактами 2 и 6. Кроме того, конденсатор емкостью 15 нФ подключен к сопротивлению 100 кОм в цепи обратной связи.

Без конденсатора усиление было бы -119 кОм/19 кОм или -6,3 на всех частотах. Но с конденсатором коэффициент усиления высок только на частоте около 50 Гц, а при повышении частоты он возвращается к -1 (т. е. к общему единичному усилению). Таким образом, мы имеем усиление басов.

И наоборот, когда VR2 полностью закручен против часовой стрелки, положение меняется на противоположное, и мы получаем усиление 19 кОм/119 кОм или -0,16 (16dB). Конденсатор теперь находится на стороне входа и обеспечивает меньшее усиление на частотах ниже 100 Гц, но с увеличением усиления до -1 на частотах выше 100 Гц. Таким образом, у нас есть бас. Различные настройки VR2 между этими двумя крайностями обеспечат меньший подъем и срез.

СЧ-секция работает аналогичным образом, за исключением того, что теперь между контактом VR3 и выводом 2 установлен конденсатор емкостью 12 нФ. Вместе с конденсатором емкостью 2,7 нФ на клемме VR3 создается полосовой фильтр, поэтому мы либо усиливаем, либо обрезаем средние частоты.

Регулятор высоких частот работает без конденсатора на VR4, но с конденсатором 1.5 нФ между его ползунком и контактом 2 для создания усиления или среза высоких частот на 10 кГц.

Конденсатор емкостью 39 пФ между контактами 2 и 6 микросхемы IC2 обеспечивает высокочастотный спад для предотвращения колебаний, которые в противном случае могли бы возникнуть, когда регулятор тембра установлен на максимальное усиление. Точно так же резистор 1 кОм, включенный последовательно с контактом 2, предназначен для ослабления радиочастотных сигналов; это останавливает радиопрорыв.

Возможность усилить или ослабить искаженный сигнал в трех различных полосах дает вам большую степень контроля над звуком — на самом деле больше, чем это возможно со многими коммерческими устройствами, которые обычно обеспечивают только одну или две полосы регулировки.

Переключатель S1 был включен, чтобы позволить вам быстро полностью обойти схему тона, если вы хотите управлять ею в другом месте вашей установки.

Контроль уровня и выход

Выход IC2 связан по переменному току через конденсатор 2,2 мкФ с VR5. Этот потенциометр позволяет установить выходной уровень в соответствии с входным, тем самым предотвращая любые заметные скачки громкости при включении и выключении WidgyBox. Оттуда сигнал подается по переменному току через конденсатор емкостью 220 нФ на операционный усилитель IC3a. Этот операционный усилитель сконфигурирован как повторитель напряжения — он просто буферизует входящий сигнал и пропускает его без изменений.

Резистор 150 Ом развязывает выход IC3a от любой емкости кабеля, тем самым обеспечивая стабильность при любых условиях. Затем следует конденсатор емкостью 47 мкФ для устранения смещения постоянного тока. Наконец, резистор 10 кОм замыкает выход на землю, гарантируя отсутствие неприятных щелчков, когда коробка включается в сигнальный тракт в горячем режиме.

Источник питания

Как и в случае с другими популярными педалями эффектов, устройство питается от щелочной батареи 9 В. Потребляемый ток составляет всего около 12-15 мА, так что вы получите больше дней непрерывного использования, прежде чем потребуется замена.

В качестве альтернативы питание может быть обеспечено штепсельной вилкой 9 В постоянного тока. Однако имейте в виду. что большинство нерегулируемых штекерных блоков выдают гораздо большее напряжение, чем их номинальное значение при таких низких уровнях тока.

Хотя это не повредит вашей коробке, более высокое напряжение изменит характеристики эффектов искажения при высоких настройках привода.

Если у вас есть блок питания с возможностью выбора выходного напряжения, вы можете обнаружить, что настройка 7.5 В обеспечивает около 9,5 В при небольшой нагрузке, что является идеальным.

Обратите внимание, что отрицательная клемма аккумулятора соединяется с землей через переключающие контакты входного разъема постоянного тока (CON3) и средние и общие контакты входного разъема гитары (CON1). Это означает, что вам нужно будет подключить гитару, чтобы включить коробку.

Это также означает, что при подключении штекерного разъема батарея отключается. Эта функция очень важна, иначе блок питания попытается зарядить аккумулятор, что может привести к громким и поразительным последствиям!

Наконец, половинная шина напряжения питания (т. е. +V/2), необходимая для всех цепей смещения, генерируется операционным усилителем IC3b и связанными с ним схемами. Два резистора 47 кОм делят шину +V пополам, после чего она фильтруется конденсатором 10 мкФ, а затем буферизуется операционным усилителем IC3b. Резистор 100 Ом, включенный последовательно с выходом IC3b, развязывает большой конденсатор фильтра емкостью 10 мкФ.

Сборка

За исключением светодиода питания, все компоненты монтируются на одной печатной плате с кодом 01105031. Используя в качестве руководства схему наложения на рис. 6, начните с установки восьми проводных соединений с использованием луженого медного провода диаметром 0,7 мм или аналогичного. Обратите внимание, что две перемычки рядом с входным и выходным разъемами (CON1 и CON2) можно не использовать, если вы собираетесь установить ножной переключатель в коробку, но об этом позже.

Сначала установите низкопрофильные компоненты, начиная с резисторов и диодов (01-03), а затем три ОУ (IC1-IC3). Убедитесь, что конец каждой микросхемы с контактом 1 (с насечкой) ориентирован в соответствии со схемой наложения. Кроме того, обратите внимание, что IC2 представляет собой TL071 (одиночный) операционный усилитель, тогда как остальные версии TL072 (двойные). Не путайте их!

Два разъема (CON1 и CON2) и разъем постоянного тока (CON3) могут быть следующими. При вставке штекерных разъемов нажимайте на них до упора, пока выступы всех контактов не соприкоснутся с поверхностью печатной платы. Следуйте за держателем батареи, который должен быть прикреплен к печатной плате с помощью саморезов № 4 x 6 мм перед пайкой.

Затем установите все конденсаторы. Электролитические конденсаторы емкостью 100 мкФ и два электролитических конденсатора 10 мкФ поляризованы и должны располагаться правильно. Остальные пять электролитов неполяризованы (отмечены «NP» на накладке) и могут использоваться любым способом.

Потенциометры VR1-VR5 и переключатель S1 следует устанавливать в последнюю очередь, начинать с VR1, но припаивать только его средний штырек. Поднимите доску на уровень глаз и осмотрите его положение спереди и сбоку. Он должен сидеть идеально "квадратно".

Зачем возиться? Ну, когда мы в конечном итоге устанавливаем переднюю панель, этот шаг помогает обеспечить выравнивание всех валов, улучшая внешний вид и сводя к минимуму нагрузку на паяные соединения при затягивании гаек.

При необходимости отрегулируйте положение потенциометра, а затем припаяйте оставшиеся два контакта. Повторите эту процедуру для остальных четырех горшков.

Наконец, установите переключатель тонального обхода (S1), убедившись, что он надежно закреплен на поверхности печатной платы перед пайкой.

Подготовка корпуса

В состоянии поставки нижняя половина корпуса содержит восемь монтажных стоек. Четыре крайние стойки используются для поддержки печатной платы, а четыре внутренние стойки не требуются и должны быть удалены. Это можно сделать с помощью стамески или большого сверла.

Шаблоны, показанные на рис. 7, обеспечивают самый быстрый и простой способ получить все отверстия в нужных местах для передней и задней панелей. Скопируйте шаблоны, вырежьте их, тщательно выровняйте и прикрепите каждый к пустой панели.

Сначала аккуратно пробейте отверстия прямо через шаблоны, затем снимите их и просверлите направляющие отверстия 1 мм для каждой метки. Не пытайтесь прыгать прямо на сверло большого диаметра, так как вы можете расколоть панель или сделать отверстия не по центру. Вместо этого просверлите отверстия постепенно большего размера в несколько этапов.

Некоторые конструкторы не будут иметь дробных размеров сверл вплоть до больших диаметров валов горшков и домкратов. В этом случае коническая развертка идеальна для увеличения отверстий до их окончательных размеров.

Пробная установка

Переднюю панель нельзя с силой надевать на валы резисторов. Если размеры отверстий соответствуют валам, но панель по-прежнему плотно прилегает (или не подходит!), то отверстия явно не соосны. Увеличьте размеры отверстий по мере необходимости, чтобы получить легкую посадку. Это очень важно; хорошая посадка удерживает все валы горшка на одной линии.

Закончив сверление, вставьте панели на место и неплотно установите шайбы и гайки на все горшки и два разъема домкрата. Теперь сборка должна без особых проблем скользить в нижнюю часть корпуса. Убедитесь, что четыре отверстия для монтажных стоек видны через отверстия в печатной плате и что стойки действительно соприкасаются с нижней стороной платы. Если все в порядке, затяните гайки вручную.

Заземление регуляторов

Для минимизации посторонних шумов металлические корпуса резисторов необходимо соединить с шиной заземления (О В). Это достигается путем припайки одного отрезка луженой медной проволоки к металлической верхней части каждого резистора и присоединения его к печатной плате с обоих концов. Схема наложения (рис. 6) и различные фотографии показывают, где расположить этот провод.

Чтобы припой прилипал к корпусам, удалите небольшое пятно кадмиевого покрытия на каждом резисторе чернильной резинкой или губкой для мытья посуды и очистите это место спиртом. После этого предварительно залудите место довольно горячим паяльником и припоем, прежде чем пытаться прикрепить заземляющий провод.

Установка светодиода

Чтобы установить светодиод, сначала зачистите и залудите концы двух 30-миллиметровых отрезков легкого соединительного провода. После этого укоротите провода светодиода примерно до 8 мм, припаяйте один конец каждого провода к проводу светодиода и изолируйте соединения термоусадочной трубкой.

Наконец, установите светодиод на переднюю панель и припаяйте два провода к печатной плате, как показано на рис.6. Не забудьте установить светодиод с правильной полярностью. Плоский край корпуса светодиода идет к краю корпуса (см. рис. 1 и 6).

При необходимости светодиод можно зафиксировать каплей клея или силиконового герметика.

Тестирование

Несколько быстрых измерений напряжения в цепи помогут подтвердить, что ваш проект готов к использованию. Вам понадобится новая батарея на 9 В, штекер монофонического разъема и мультиметр.

Установите аккумулятор и вставьте вилку во входное гнездо CON1. Штекер может быть на одном конце гитарного соло, но пока не подключайте ничего к другому концу!

Как только вилка будет вставлена, должен загореться индикатор питания. Если это не так, немедленно вытащите вилку и проверьте ориентацию светодиода. Кроме того, проверьте наличие непрерывности через контакты переключателя разъема постоянного тока CON3, которые можно определить, проследив отрицательное соединение от аккумулятора.

Если вышеуказанные проверки не выявили проблему, подозревайте короткое замыкание или низкое сопротивление между шиной +V (плюс батареи) и землей (минус батареи). Возможно, вы непреднамеренно перепутали одну из микросхем или, возможно, где-то между дорожками есть перемычка припоя. Следуйте по дорожке + V вокруг платы, чтобы отследить ее.

Хорошо, давайте предположим, что светодиод загорается. Далее мы проверим, поступает ли питание на каждый вывод питания операционного усилителя.

Настройте мультиметр на считывание напряжения постоянного тока и измерьте его между контактами 4 и 8 микросхем IC1 и IC3. После этого повторите измерение между контактами 4 и 7 микросхемы IC2. Во всех случаях показание должно быть около 9,2 В.

Теперь коснитесь отрицательного щупа измерителя отрицательной клеммой аккумулятора, а положительного щупа — контакта 2 IC2. Ваше показание должно быть очень близко к половине напряжения, измеренного выше (около 4,6 В).

Последние штрихи

Следующим шагом является крепление печатной платы к стойке корпуса четырьмя саморезами № 4 x 6 мм. Прежде чем затягивать винты, рекомендуется временно ослабить гайки, чтобы узел «удобно» занял свое место.

Последняя работа — укоротить валы потенциометра, чтобы они соответствовали ручкам. Перед этим завинтите верхнюю половину корпуса на место и затяните все гайки.

Теперь процедура заключается в том, чтобы зажать кончик каждого вала горшка (по очереди) в тиски, начиная с VR1. Затем вы можете аккуратно отрезать ненужную часть вала с помощью ножовки. Для нашего прототипа для нажимных ручек требовалось всего 14 мм длины стержня (от поверхности панели). Обязательно выдержите вес сборки во время резки.

Вот и все - вы готовы к року!

Печатные платы усилителя и блока питания показаны на рисунках 4 и 5. Плата, показанная на рисунке 4, предназначена для монофонического усилителя, поэтому вам понадобятся две платы усилителя и плата блока питания для стереофонической версии.

В списке компонентов есть несколько специфических компонентов. Исходя из опыта автора, вы получите наилучшие результаты от усилителя, если будете использовать эти компоненты. Однако вы, естественно, можете экспериментировать с аналогичными компонентами.

Сборка платы блока питания проста. Используйте качественные соединители для различных клемм питания и заземления. Это значительно упрощает подключение усилителя. После того, как плата блока питания готова, можно собирать платы усилителя.

Плата усилителя сконструирована таким образом, что ее можно разделить на две части для установки силового каскада на радиаторе, а драйверного каскада в другом месте, например, на основании корпуса. Однако проводка между двумя частями должна быть как можно короче.

На рис. 6 хорошо видно, как установлены транзисторы силового каскада (все изолированные!). Для достижения наилучших результатов сначала установите транзисторы на радиатор, согните их выводы под прямым углом, а затем прикрепите плату к радиатору с помощью винтов. Не припаивайте транзисторы на место, пока все не будет правильно установлено.

Для прототипа был использован корпус с двумя большими радиаторами по бокам (см. фото полностью собранного усилителя на рис. 7). Он достаточно большой, чтобы вместить всю плату усилителя.

Два питающих трансформатора и мостовые выпрямители для питания ±38 В установлены в середине основания корпуса. Плата питания расположена над трансформатором Т1.

Плата усилителя и плата питания имеют несколько соединений заземления. Все они должны быть подключены отдельно к одной точке звезды, как показано на рис. 8. Во избежание образования контуров заземления заземления источников питания ±38 В, +42 В и +310 В не соединяются на плате питания. Резистор 4,7 Ом (R44) между входной нейтральной клеммой и заземлением цепи является необязательным и может быть заменен проволочной перемычкой, но в прототипе этот резистор оказался необходимым, чтобы не допустить помех в общей схеме.

Обязательно используйте пластиковые стойки для крепления печатных плат. Металлические стойки могут вызвать замыкание между дорожками платы и радиатором или шасси. Сетевой разъем, сетевой выключатель, сигнальная лампа и пара держателей предохранителей для трансформаторов могут быть установлены на корпусе. Ознакомьтесь с правилами электробезопасности!

Перед включением усилителя проверьте все компоненты и соединения. Убедитесь, что транзисторы изолированы от радиатора и друг от друга, проверьте полярность электролитических конденсаторов и убедитесь, что в гнездах установлены правильные лампы. ЕСС83 и ЕСС88 абсолютно не взаимозаменяемы.

Усилитель имеет три точки регулировки:
• P1 устанавливает рабочий ток ЕСС83.
• Р2 управляет током покоя выходных трансформаторов.
• РЗ регулирует уровень постоянного тока на выходе.

Перед включением усилителя убедитесь, что движок Р2 на конце соединен с коллектором Q1.

Это приводит к минимальному току покоя. Для этого на плате предусмотрены контрольные точки ТР1 и ТР2. Настройте потенциометр P1 на значение примерно 800 Ом, прежде чем припаивать его к плате.

После включения усилителя отрегулируйте P1 так, чтобы постоянное напряжение на ТРЗ составляло +1,6 В. Точное значение не критично, но постоянное напряжение, измеренное на R7, должно быть близко к +195 В (±5%). При необходимости отрегулируйте P1, чтобы сохранить это значение. Анодное напряжение V1b должно быть около +190 В. Эти три напряжения взаимосвязаны.

После этого отрегулируйте Р2 и Р3 при отсутствии входного сигнала и нагрузки. Р3 управляет выходным смещением. Напряжение постоянного тока, измеренное на выходе, должно находиться в пределах от +50 мВ до -50 мВ. Оно незначительно меняется, что является нормальным. Затем регулировкой Р2 установить ток покоя. Напряжение постоянного тока на эмиттерном резисторе R21 или R22 должно находиться в пределах от 22 мВ до 33 мВ (для тока покоя от 100 до 150 мА). После прогрева усилителя в течение примерно 15 минут снова проверьте все значения и при необходимости отрегулируйте настройки.

Вы можете повторить эту процедуру несколько раз в течение первого часа. В промежутках между этими циклами настройки вы можете протестировать усилитель с недорогим громкоговорителем (например, динамиком РС) и включить немного музыки.

Важно!
• Будьте осторожны! В различных местах платы присутствует высокое напряжение. Помните, что остаточное напряжение может присутствовать некоторое время после выключения усилителя.
• Будьте аккуратны с динамиками: никогда не подключайте и не отключайте входы или интерлинки, если усилитель не выключен.

Усилитель (рис. 1) состоит из каскад напряжения и каскад тока. В каскад напряжения, который является драйверной частью, построен на лампах V1 и V2, и он должен обеспечивать адекватное усиление входного сигнала. Здесь от 20 до 30 дБ – это практическая цифра. Каскад тока, построенный на транзисторах Q4 и Q5, позволяет усилителю работать с 4-омными или 8-омными громкоговорителями. Каскад тока действует как буфер и не имеет никакого усиления.

Каскад напряжения должен подавать стабильные 25 Veff на каскад тока, чтобы вывести усилитель на максимальный выходной уровень. Ключевым фактором здесь является то, что сигнал должен иметь достаточно малые искажения, так как в данной схеме не используется общая отрицательная обратная связь. Схема также должна быть способна управлять сопротивлением нагрузки 10 кОм, так как схема драйвера видит R11 (20 кОм) параллельно с комбинацией Р3 и R16 (20 кОм). Импеданс можно увеличить за счет самозагрузки или использования драйверов МОП-транзисторов, но самозагрузка и драйверы МОП-транзисторов не соответствуют концепции этого усилителя.

В других проектах, полностью реализованных на лампах, автор приобрел опыт работы с драйверными каскадами, которые должны выдавать выходные сигналы с большой амплитудой и малыми искажениями. Схема «long-tailed pair» исключительно хорошо подходит для этой задачи. Эта конфигурация была выбрана еще и потому, что она может действовать как фазовращатель, что позволяет использовать определенный трюк, как описано ниже.

«Long-tailed pair» можно рассматривать как дифференциальный усилитель, усиливающий разницу между сигналами на двух управляющих сетках. Входной сигнал подключен к «левому» входу. «Правый» вход здесь заземлен, поэтому выходной сигнал представляет собой усиленную версию входного сигнала. Преимущество такой схемы состоит в том, что обратную связь можно подключить к правому входу, где она будет вычитаться из исходного сигнала. Эта отрицательная обратная связь уменьшает количество искажений.

Общие катоды двух половинок ЕСС83 (эквивалент в США: 12АХ7} можно рассматривать как третий вход, который здесь обеспечивает 6 дБ локальной отрицательной обратной связи.

Особенностью «long-tailed pair» является то, что она имеет два выхода с противоположными фазами (сдвиг фаз на 180 градусов). Левый анод находится «в фазе», а правый анод «не в фазе».

«Long-tailed pair» обычно имеет общий катодный резистор, что и дало ей название. Вместо этого в этой конструкции используется источник тока. Высокое внутреннее сопротивление источника тока улучшает характеристики схемы, включая искажения, а рабочий ток ЕСС83 легко регулируется подстроечным потенциометром.

Благодаря высокому коэффициенту усиления (100) и отличной доступности ЕСС83 является правильным выбором для этого применения. Необходимость высокого усиления можно объяснить следующим образом. «Long-tailed pair» имеет 6 дБ локальной отрицательной обратной связи. Обычный усилитель катод-резистор или заземленный катод, построенный на ЕСС83, может обеспечить усиление более 35 дБ, а используемая здесь «long-tailed pair» может обеспечить более 29 дБ. Первоначальная цель этого усилителя заключалась в том, чтобы избежать использования общей отрицательной обратной связи. Однако мы включили возможность добавления 6 дБ общей отрицательной обратной связи. Для этого на печатной плате предусмотрена перемычка/штекер. Это позволяет каждому, кто собирает усилитель, решать, что он считает лучшим. Даже при общей отрицательной обратной связи коэффициент усиления все еще достаточно высок (23 дБ), чтобы обеспечить адекватную входную чувствительность.

Это подводит нас к упомянутому ранее трюку. С обычной катодно-резисторной схемой было бы невозможно получить общую отрицательную обратную связь, подавая выходной сигнал обратно на катод обычным способом, потому что выходной сигнал находится в фазе с входным сигналом, и это вызвало бы положительную обратную связь. Выходной сигнал Vlb пары с длинным хвостом не совпадает по фазе, что делает возможной общую отрицательную обратную связь.

ООС является предметом многочисленных дискуссий. Автор на собственном опыте убедился, что усилитель с сильной отрицательной обратной связью имеет менее открытое и «приятное» звучание, чем конструкция без отрицательной обратной связи. Значение 6 дБ представляет собой хороший компромисс.

Недостатком ЕСС83 является относительно высокое выходное сопротивление. Следовательно, катодный повторитель включен после ЕСС83, чтобы обеспечить достаточную мощность для транзисторного каскада. Катодный повторитель имеет низкий выходной импеданс (менее 500 Ом) по сравнению с примерно 50 кОм у «long-tailed pair». После долгих экспериментов наилучшие результаты были получены с ЕССВВ в этом положении. Смещение настроено на соответствие максимальному номинальному анодному напряжению ЕССВВ (130 В пост. тока). Однако версия ЕССВВ JJ имеет максимальное номинальное анодное напряжение 220 В, как и ЕССВВ Philips. Большое значение катодного резистора ЕССВВ позволяет ЕСС83 подключаться непосредственно к ЕССВВ. ЕССВВ является самосмещающимся благодаря большой отрицательной обратной связи по постоянному току, обеспечиваемой катодным резистором R7.

Дополнительным преимуществом используемой здесь конструкции катодного повторителя является то, что напряжение на катоде составляет 0 В в холодном состоянии схемы и постепенно повышается до рабочего уровня смещения примерно +194 В по мере прогрева ЕССВВ. Конденсаторы связи заряжаются постепенно во время этого процесса, в результате чего транзисторному каскаду не приходится справляться с какими-либо всплесками.

Исключительно хорошие результаты могут быть получены при использовании источника тока вместо катодного резистора R7. При использовании Ixys IXCP10M45 в качестве источника тока при выходной мощности 45 Вт было измерено искажение менее 0,1 % (без ООС!) в дальнейшем.

По практическим соображениям в описываемом здесь усилителе используются лампы JJ Electronics. Они легко доступны, имеют приятную цену, качественные современные лампы.

Многие считают 6Н1П заменой ЕССВВ, но при такой конструкции искажения при использовании 6Н1П были недопустимы. Простой и интересный вариант - использовать вместо ЕСС83 - 5751. Это непосредственно взаимозаменяемые лампы. Коэффициент усиления немного ниже, но это не проблема. С акустической точки зрения автор предпочитает 5751 (от ECG/Philips или NOS) в сочетании с JJ ЕССВВ. Если вы настроили усилитель для работы с ЕСС83, то при замене на 5751 напряжение на ТР3 автоматически увеличится примерно на 2,2 В.

Каскады ламп и транзисторов соединены двумя высококачественными разделительными конденсаторами. Без них в данной конструкции обойтись нельзя, так как постоянное напряжение на катоде ЕССВВ составляет около 194 В. К сожалению, эти конденсаторы влияют на конечное звучание усилителя. Звуковые характеристики конденсаторов являются предметом жарких споров среди аудиофилов. Прослушивание ясно показало, что эти конденсаторы имеют важное значение. В итоге мы остановились на варианте из серии ClarityCap SA, который имеет очень хорошее соотношение цены и качества. Благодаря высокому рабочему напряжению (600 В) серия SA очень хорошо подходит для использования в конструкциях с высоким напряжением, например, в ламповых схемах. Компоновка печатной платы позволяет также использовать конденсаторы других производителей, в том числе Wima и Solen. Значение 3,3 мкФ было выбрано так, чтобы низкочастотный спад был значительно ниже 10 Гц. Обратите внимание, что емкость связи в сочетании с входным сопротивлением транзисторного каскада образует RC-фильтр с угловой частотой

разделительные конденсаторы должны иметь рабочее напряжение не менее 400 В постоянного тока.

Токовый каскад (силовой каскад) выполнен на биполярных транзисторах. Хотя полевые МОП-транзисторы, серии BUZ900P или 2SK1058, также могут быть применены, они намеренно не были выбраны для этой конструкции.

Выбранные транзисторы часто используются в аудиоусилителях. Они обладают выдающимися характеристиками для аудиоприменения и, кроме того, недороги. Выходные транзисторы (2SC5200) имеют отличные характеристики, они специально разработаны для аудиоприложений, легкодоступны (но остерегайтесь подделок!), и очень надежны благодаря большому диапазону SOA (зона безопасной работы). 2SC5200 доступен в двух версиях с суффиксом «О» или «У». Этот код обозначает диапазон hFE. Оба типа работают хорошо, но все транзисторы должны быть одного типа. Тип О использовался в прототипах и окончательной версии усилителя.

Токовый каскад представляет собой стандартную квазикомплементарную выходную конфигурацию, что означает конфигурацию с двумя идентичными выходными NPN-транзисторами. Это контрастирует с распространенной в настоящее время практикой использования дополнительной конструкции с типом NPN и типом PNP. Квази-комплементарные выходные каскады часто использовались в 1970-х и начале 1980-х, потому что комплементарные PNP-транзисторы не были доступны или были слишком дороги. Эта конфигурация приобрела у многих плохую репутацию, но она не оправдана. Очень хорошие результаты могут быть получены при использовании квазикомплементарного дизайна. Основное преимущество в том, что выходные транзисторы идентичны. Транзисторы NPN и PNP никогда не могут быть одинаковыми, только примерно эквивалентны. Вот почему такие производители, как Naim, до сих пор используют только конфигурацию NPN/NPN. Ультрасовременный усилитель Denon РМА1500АЕ также использует квазикомплементарный выходной каскад NPN.

Выбранное напряжение питания ±38 В постоянного тока является оптимальным для этого выходного каскада и позволяет без проблем управлять нагрузкой 4 Ом или 8 Ом.

Резистор R1 является резистором смещения утечки через сетку для V1a. Его значение не критично, но резистор необходим, поскольку в противном случае лампа не сможет генерировать отрицательное смещение, которое задает ее рабочую точку по постоянному току. Резистор R2 совместно с входной емкостью ЕСС83 образует ФНЧ. Это предотвращает любую тенденцию к возбуждению. То же самое относится и к R5 в сочетании с ЕСС88. Анодные резисторы R3 и R4 рассчитаны на получение напряжения чуть более 190 В на анодах V1. Таким образом, V1 имеет правильное смещение при анодном токе 0,8 мА. Рассеиваемая мощность находится в пределах допустимого значения.

«Long-tailed pair» с V1 использует источник тока, построенный на Q6 и Q7. Светодиод обеспечивает опорное напряжение, а ток можно легко установить с помощью P1. Суммарный ток примерно равен 1/P1. Отдельный блок питания на LM377 обеспечивает напряжение -12 В для источника тока.

Общая отрицательная обратная связь подается на управляющую сетку V1b. Как уже упоминалось, здесь было выбрано значение 6 дБ. Это определяется соотношением R8 и R6. Через резистор обратной связи можно подключить небольшой конденсатор (56 пФ) для повышения стабильности. Смещение ЕСС88 выбрано для создания анодного тока около 9 мА с эффективным анодным напряжением около 115 В пост. тока. Рассеиваемая мощность составляет 1 Вт, что положительно влияет на срок службы лампы. Общие искажения были бы немного меньше при более высоком токе, но срок службы лампы значительно уменьшился бы из-за более высокого рассеяния.

Q1 устанавливает ток покоя выходных транзисторов, и он должен быть установлен близко к выходным транзисторам для достижения хорошей температурной стабильности. Минимальный ток покоя достигается, когда движок Р2 полностью повернут к коллектору Q1. Р2 должен быть десятиоборотным потенциометром очень хорошего качества. Пара R11/P3 и R16 обеспечивают стабильность выхода усилителя по постоянному току, а значения этих компонентов также определяют входное сопротивление схемы, которое составляет примерно 10 кОм (20 кОм || 20 кОм). Эти значения можно было бы увеличить, если бы использовались мосфеты, но здесь это невозможно из-за величины базового тока, необходимого для Q2 и Q3. R12/C4 и R20/C8 являются дополнительными развязывающими цепями, и они незаменимы. С4 и С8 также могут быть 220 мкФ или 330 мкФ по желанию. Р3 позволяет обнулить смещение по постоянному току выходного каскада. Активное управление смещением постоянного тока в виде интегратора ОУ здесь намеренно не используется, поскольку автор считает, что это влияет на качество звучания усилителя.

Q2 и Q4 образуют пару Дарлингтона, которая обеспечивает адекватное усиление по току, как и Q3 и Q5. Q3 и Q5 образуют так называемую «пару Шиклаи», которая используется здесь для имитации PNP-транзистора. В дополнительных схемах обычно используется «диод Баксандалла» для улучшения симметрии и линеаризации отклика. Этот подход был использован в усилителе Ekwa, опубликованном в журнале Elektor в 1972 году. В настоящей конструкции вместо обычного диода используется транзистор, выполненный в виде диода Qbax. Измеренное искажение при мощности 1 Вт составило 0,22% при включенном в схему диоде, а значение при использовании 2SC1815 в качестве диода составило 0,08%. Обратите внимание, что здесь следует использовать версию BL 2SC1815. Хотя версии -0, -У и -GR тоже можно использовать, они дают практически такие же результаты, как и с обычным диодом. Разница постепенно уменьшается на уровнях выше 5 Вт. Печатная плата позволяет использовать вместо него 2SC2073 или 1N4007. Это в порядке предпочтения. Очевидно, что на плату можно установить только один из этих трех типов компонентов.

Благодаря встроенной локальной отрицательной обратной связи выходной каскад очень стабилен в отношении температурного дрейфа и тока покоя. Эмиттерные резисторы предпочтительно должны быть типа Intertechnik МОХ. Они неиндуктивны и имеют относительно небольшие размеры. Выход усилителя имеет цепь Цобеля, построенную на резисторах R23 и С7, что обеспечивает стабильность выше 100 кГц.

Базовые резисторы (R13, R17, R14 и R18) используются для всех транзисторов выходного каскада для предотвращения колебаний. Резисторы для управляющих транзисторов (R13 и R17) необходимы.

Профиль радиатора для каждого выходного каскада должен быть рассчитан на не менее 0,7 К/Вт для обеспечения надежной работы.

Схема задержки включения и защиты по постоянному току (рис. 2) построена на основе реле RLY1 и полевого МОП-транзистора Q8. Задержка включения составляет примерно 30 секунд. При наличии на выходе опасного постоянного напряжения реле отключит выход усилителя от громкоговорителя. Используемое здесь реле относится к типу Amplimo со специальными контактами, что делает его особенно подходящим для использования в качестве выходного реле в аудиоусилителях.

Катушку можно опционально установить последовательно с выходом, чтобы сделать усилитель более универсальным в отношении возможной емкостной характеристики динамика. Эта катушка отсутствует в описываемой здесь версии усилителя. При желании здесь можно использовать самодельную катушку индуктивностью 4 мкГн, состоящую из 16 витков эмалированного медного провода диаметром 0,75 мм, намотанных на сверло диаметром 6,3 мм. Резистор 15 Ом/2 Вт должен быть установлен внутри катушки и припаян поперёк катушки.

В источнике высокого напряжения (рис. 3) используется микросхема стабилизатора напряжения типа TL783. Входное напряжение TL 783 должно быть около 360 В постоянного тока для правильной работы. Используемый здесь тороидальный высоковольтный трансформатор Amplimo обеспечивает это напряжение, возможно, несколько необычным образом. Обмотка на 250 В имеет такую мощность, что почти не нагружается за счет ECC83 и ECC88, поэтому вторичное напряжение намного выше номинальных 250 В. Это следует иметь в виду, если вы используете другой трансформатор. TL 783 оснащен небольшим радиатором и должен монтироваться изолированно.

Делитель напряжения R39/R40 устанавливает выходное напряжение около 315 В. Резистор R41 включен для разрядки электролитических конденсаторов, когда усилитель выключен. R40 и R41 должны быть 3-ваттного типа. R42/C27 и R43/C28 — дополнительные RC-фильтры для левого и правого каналов соответственно. Высокое напряжение для V1 и V2 составляет приблизительно 310 В постоянного тока.

Если вы не можете найти Wima FKP1 для С23, как указано в списке компонентов, вы должны его не ставить.

Обмотка 30 В трансформатора Т1 используется для схемы задержки включения и защиты.

Напряжение накала АС подключено к земле через конденсатор. В этом случае он не может быть подключен непосредственно к земле. Это связано с тем, что катод ЕСС88 здесь не близок к потенциалу земли, а имеет +195 В. Расположение конденсаторов позволяет соблюдать максимальное номинальное напряжение катода-накала. Эта плавающая подача нити хорошо работает на практике. Значение 0,47 мкФ можно использовать вместо 1 мкФ с такими же хорошими результатами.

Значение R36 должно быть определено экспериментально. Этот резистор определяет значение напряжения накала, которое должно быть близко к 6,3 В.

Показанный здесь блок питания подходит для использования в стереофоническом режиме, но его также можно использовать для оконечного монофонического усилителя. Если он используется для стерео версии с одним трансформатором и однополярным питанием печатной платы, то R37, R38 и С15 должны быть установлены только на одной из двух плат усилителя, хотя их установка на обе платы не повредит.

Источник питания ±38 В прост, но эффективен. Тороидальный трансформатор с вторичным напряжением 2 х 28 В переменного тока дает наилучшие результаты по выходной мощности. Если здесь использовать другой тип трансформатора, можно использовать тип с более традиционным номиналом 2 х 25 В, но максимальная выходная мощность будет несколько меньше. Конденсаторы Wima FKP-1 емкостью 2,2 нФ обеспечивают дополнительную развязку.