Согласующий усилитель для работы с MC-головками звукоснимателя Lynx MC04

[Valinor]

Делюсь свежей статьей Линкса.

Описание:

Спойлер

В последние десятилетия для воспроизведения грампластинок всё более широкое распространение получают электромагнитные головки звукоснимателя с подвижной катушкой (тип MC – moving coil). По сравнению с классическими головками с подвижным магнитом (ММ – moving magnet) МС-головки имеют меньший уровень искажений (как из-за низкой массы подвижной системы преобразователя, так и по причине изотропности магнитного поля, в котором движется катушка), не создают собственных частотных искажений при работе на входные комплексные сопротивления усилительных каскадов, обладают лучшей переходной характеристикой при импульсных воздействиях на подвижную систему. Но, при всём этом, малое количество витков подвижных катушек классических МС-головок не позволяет получить значительного выходного напряжения (более 0.3…1мВ на частоте 1кГц при колебательной скорости записи 5…7см/с). То есть при подключении МС-головки непосредственно к стандартному усилителю-корректору, вход которого оптимизирован для работы с источником сигнала со значительным внутренним сопротивлением индуктивного характера и выходным напряжением 5…7мВ, отношение сигнал/шум вместо 86…90 дБ получится в районе 55…65дБ, что явно недостаточно для высококачественного воспроизведения грамзаписи с динамическим диапазоном под сотню и более дБ.

Для согласования низкоомного и низковольтного выхода МС-головок с 5-милливольтовым 47-килоомным входом стандартного RIAA усилителя корректора используются либо специальные согласующие трансформаторы, либо малошумящие линейные каскады.

Трансформаторное согласование имеет ряд достоинств, таких, как низкий уровень собственных шумов и отсутствие необходимости собственного электропитания. Но согласующие трансформаторы хорошего качества достаточно дороги (комплект может стоить до нескольких тысяч долларов США), заметно чувствительны к внешним магнитным полям, даже несмотря на наличие штатных экранов, вносят частотные искажения, в первую очередь, в области НЧ, ухудшают форму переходной характеристики головки звукоснимателя. Нелинейные искажения трансформаторов с ферромагнитным сердечником, даже при работе «внутри» петли гистерезиса, превышают нелинейные искажения современного высококачественного линейного усилителя.

Использование дополнительных каскадов усиления в существенной мере свободно от перечисленных выше недостатков, присущих трансформаторам, но требует дополнительного источника питания, вносить дополнительные шумы, а, в случае применения простейших транзисторных каскадов, еще и значительные искажения (искажения каскада с ОЭ без ООС при амплитуде входного напряжения 0.5мВ имеют порядок 0.1…0.3%). Последняя проблема легко решается применением более сложных линейных усилителей, но, по непонятным мне причинам, в основном реализуются именно простейшие однокаскадные усилителя с искажениями, явно превышающими искажения электромагнитных головок, хотя ничто не мешает ценой небольшого усложнения реализовать устройство с исчезающе малыми искажениями и собственными шумами практически сопоставимыми с тепловыми шумами резистора согласования входного сопротивления такого каскада.

Рассматриваемое устройство является активным согласующим каскадом, однако, работает в необычном для подобных узлов режиме, обеспечивающем практически идеальное согласование электромагнитного преобразователя с нагрузкой и, соответственно максимально возможное отношение сигнал/шум.

Принципиальная схема согласующего усилителя, названного мною «электронным трансформатором», приведена на рис. 1 (номиналы пассивных компонентов не указаны вполне осознанно – все благодарности прошу адресовать разным «пиратам», в том числе и китайским, и нашим). Устройство представляет собой активный приемник тока на ОУ в режиме инвертирующего усилителя с практически нулевым входным сопротивлением. Сама идея подобного каскада взята из области цифро-аналогового преобразования, где, для реализации максимального качества работы микросхем ЦАП с суммированием токов на выходе, требуется поддержание нулевого потенциала в точке суммирования (т.е. на токовом выходе). Это позволяет устранить воздействие напряжения сигнала на параметры токовых ключей и, тем самым, получить их работу в наиболее благоприятных режимах. Преобразователи «ток-напряжение» в виде приемников тока, выполняемые на быстродействующих линейных ОУ, получили наибольшее распространение, как максимально качественные и универсальные узлы. Требования к согласующему устройству для МС-головки во многом сходны с требованиями к преобразователю ток-напряжение для ЦАП с суммированием токов. Это – высокая линейность, низкий уровень шумов и малое входное сопротивление. Если это сопротивление сделать вообще нулевым, то катушка головки, как генератор ЭДС, будет работать на собственное внутреннее сопротивление, а её ток будет замыкаться через цепь ООС операционного усилителя. В таком режим электрическое демпфирование катушки и колебательной системы (иглы, иглодержатель и т. д.) максимально, переходная характеристика преобразователя наиболее ровная, а уровень шума согласующего каскада, с учетом составляющих шумового тока и шумовой ЭДС усилителя получится в 1.1…1.5 раза меньше (в зависимости от внутреннего сопротивления головки и соотношений шумовых токов и напряжений входного каскада ОУ), чем при использовании системы усиления напряжения, выделенного на сопротивлении, нагружающем головку.

Каскад в виде приемника тока также позволяет достаточно просто и эффективно организовать согласование уровней для головок с разным сопротивлением и чувствительностью. Поскольку входное сопротивление в точке подключения головки всегда практически равно нулю (в очень хорошем приближении), то коэффициент преобразования определяется соотношением сопротивления ООС и импеданса головки. Индуктивность МС головок очень мала, соответственно, этот импеданс можно считать соответствующим собственному сопротивлению катушки. И, соответственно, просто изменяя сопротивлении ООС в требуемых пределах, получаем возможность устанавливать нужный уровень выходного сигнала в зависимости от типа и чувствительности подключенной ко входу МС-головки. Немаловажно то, что коммутация сопротивлений ООС происходит внутри цепи ООС и все эффекты нелинейностей и контактных помех будут существенно ослаблены по сравнению с переключением сопротивлений параллельно головке.

В схеме «электронного трансформатора» предусмотрена возможность установки четырех коэффициентов преобразования, примерно соответствующих работе с МС-головками с сопротивлениями 2-5 Ом, 6-12 Ом, 13-30 Ом и 30…100 Ом, что осуществляется коммутацией двух цепей ООС. Для уменьшения величины смещения на выходе устройства при коммутации резисторов в ООС также коммутируются и резисторы, через которые заземляются неинвертирующие входы ОУ преобразователей, дабы уменьшить дополнительное смещение, возникающее за счет разности входных токов смещения.

Поскольку усилительный каскад работает с очень малыми сигналами, то особое внимание при проектировании было уделено качеству питания и топологии платы. Для всех линий питания используются собственные малошумящие стабилизаторы параллельного типа. Максимальное снижение фона и различных помех достигается полностью независимым питание каналов с соединением общих проводников только в последующем RIAA усилителе-корректоре. Рекомендуется использовать Lynx RIAA04V2, как устройство с оптимальной топологией, но, тем не менее, возможна работа и с любым другим корректирующим усилителем со стандартным входом в соответствии с RIAA78. Для организации питания Lynx MC04 рекомендуется отдельный питающий трансформатор (с малой индукцией) с 4 изолированными вторичными обмотками и собственные выпрямители с первичными стабилизаторами.

Измерения классического набора параметров для данного устройства не имеет какого-либо смысла. Уровень искажений для сигналов амплитудой максимум 70-100 мВ на выходе (на частоте 20 кГц) находится под уровнем собственных шумов усилителя. Скорость нарастания (для применяемого типа ОУ она составляет 25…30 В/мкс) для таких малых амплитуд вообще не имеет какого-либо значения, а горизонтальная АЧХ автоматически получается ровной от 0 до частот, определяемых параметрами цепи ООС.

Отношение сигнал/шум при работе с источником сигнала с внутренним сопротивлением 10 Ом и номинальной ЭДС 0.5мВ составляет 70…73дБ без взвешивающего фильтра (в полосе частот 20 Гц – 30 кГц) и порядка 80дБ со взвешивающим фильтром типа МЭК-А.

Прослушивание данного устройства осуществлялось в системе c проигрывателем Garrard 501, оснащенным тонармом Schröder Referenz SQ и головкой Dynavector DRT XV-1t и высококачественным ламповым корректором моего проекта, показало значительное преимущество звучания «электронного трансформатора» по сравнению с повышающими трансформаторами Hashimoto MC-10 Supreme в плане разрешения, прозрачности и слитности звучания, лучшей проработки динамических контрастов и, что немаловажно, «тишины» между независимыми во времени звуками.

В заключение хочу поблагодарить моего коллегу и друга Евгения Карюкина (Саратов) за побуждение к реализации данного проекта, плодотворные обсуждения особенностей и желаемых свойств устройства и помощь в его исполнении.

Май - август 2024 г.
Д. Андронников

Lynx_MC04_pr.pdf

[Xрюн222]

Теперь все любимые тр-ры МС на выброс, все срочно собираем "электронные трансформаторы"?

Прям без номиналов, причём, собираем. " Рояль был весь открыт, и струны в нем дрожали - от страха, чтоб мотив соседи не украли!"(С)

Хотя, конечно, самое главное в корректоре - печатная плата! 

[BAA]

22 minutes ago, Xрюн222 said:

Теперь все любимые тр-ры МС на выброс, все срочно собираем "электронные трансформаторы"?

Прям без номиналов, причём, собираем. " Рояль был весь открыт, и струны в нем дрожали - от страха, чтоб мотив соседи не украли!"(С)

Ну вот вам и трансимпеданс. В квадрате. Хотя ныне модный выходной каскад в ОУ низкого сопротивления не любит.
И всякие 89 dB добра и 100 dB диапазона удивляют. Хотя MC, как та стюардесса, в этом смысле лучше.
Ну и добрые к...е Ли самаритяне одну штуку таки купят. Ищи сами сосчитают. 7 нм таки сделали...
И немного занудства, наверное согласовывающий?

[RSD]

2 часа назад, Valinor сказал:

Прослушивание данного устройства осуществлялось в системе c проигрывателем Garrard 501, оснащенным тонармом Schröder Referenz SQ и головкой Dynavector DRT XV-1t и высококачественным ламповым корректором моего проекта, показало значительное преимущество звучания «электронного трансформатора» по сравнению с повышающими трансформаторами Hashimoto MC-10 Supreme в плане разрешения, прозрачности и слитности звучания, лучшей проработки динамических контрастов и, что немаловажно, «тишины» между независимыми во времени звуками.

    Кто-нибудь слышал эту головку с такими тонармом и повышающим трансформатором? Или, хотя бы, видел? 

[BAA]

16 minutes ago, Aloizio said:

два-четыре корректора под МС

Наверно можно. Скорее 2 чем 4. Еще одна ниша для продаж. Клеммники удручают только. С определенного времени - только пайка или что-то золоченое. Последнее не факт. С другой стороны ноги у ламп из смеси никеля железа и кобальта. Как магнитофобы живут - непонятно. Вставляются во что-то латунное.
Транс - это скучно и всякие паразиты имеет, но МС прощает больше.
Почему не предусилитель - непонятно. Зачем второй инвертор - тоже. Он художник он так видит.

[BAA]

Завидовать надо молча.
Когда начинают меряться трансами из чешуи жопы дракона за стопятьсот ойров - эт ничего, это правильно.
За 12 операционников и немного 0207 резисторов и автоэлектролитов явно возьмут меньше.
А там надо корпус городить и питалово приделывать - может как набор будет.
Только вот люди с головками за 10 тыс енотов такое вряд ли делать будут.
Хотя...

[Xрюн222]

19 минут назад, BAA сказал:

Завидовать надо молча.
Когда начинают меряться трансами из чешуи жопы дракона за стопятьсот ойров - эт ничего, это правильно.
За 12 операционников и немного 0207 резисторов и автоэлектролитов явно возьмут меньше.
А там надо корпус городить и питалово приделывать - может как набор будет.
Только вот люди с головками за 10 тыс енотов такое вряд ли делать будут.
Хотя...

Делать не будут, но если будут убеждены в необходимости к тем головам по 10 тыс - то реально хорошая ниша. 

Пример: головка ЗС с оптич.считыванием - 20 тыс евр. Блок преобразователя/усилителя к ней - 20 тыс евр. Блок питания к ним - 20 тыс евр. Итого? От то-то. 

[RSD]

23 минуты назад, BAA сказал:

Завидовать надо молча.

  Молча - это не про вас.  Вы ещё в соседней ветке тему с Суховым не закрыли. 

[Russ3000]

Дима любит накрутить и красненькие конденсаторы, у меня предусилитель на AD797 и 2х аккумуляторах легко переигрывает любые трансформаторы.

[RSD]

  Ещё на веге Димон рисовал схемку с двумя ОБ, как-бы две Хираги встречно, тоже нахваливал. А так-то да, согласен, 797 и вася не чешись. Ни один трансформатор рядом не стоял. 

[Xрюн222]

 Что, даже и если 2 ом 70 мкВ то тоже не стоял? 

[Russ3000]

1 минуту назад, Xрюн222 сказал:

Что, даже и если 2 ом 70 мкВ то тоже не стоял? 

Тем более.

[Xрюн222]

Именно на ад797 не пробовал, но иное, даже фирменное, приносили на попробовать, не превзошло хороший тр-р... Будет оказия - попробую. 

[Russ3000]

В том то и дело, все поделки на 2х транзисторах начисто проигрывают трансформатору, даже моему. Тут надо технически! (из мультика)

Удивил МС пред Боки на к538УН3, простенько, дешево, шумит поболее 797, но играет,  правда, микросхемы отбирал из ведра.

[sova]

7 минут назад, Russ3000 сказал:

к538УН3, простенько, дешево, шумит поболее 797, но играет,  правда, микросхемы отбирал из ведра.

В смысле , из мусорного?

[Russ3000]

Практически, они в золоте :)

[Victor_VVO]

7 часов назад, RSD сказал:

Кто-нибудь слышал эту головку с такими тонармом и повышающим трансформатором? Или, хотя бы, видел?

Упомянутый МС ММ трансформатор (и скорее всего именно этот экземпляр) - видел. И даже смотрел, что там у него внутри, заинтересовал немного непривычный демпферный наполнитель корпуса. 

[BAA]

9 hours ago, RSD said:

Молча - это не про вас.  Вы ещё в соседней ветке тему с Суховым не закрыли. 

Вам кто-то не дает или сказать нечего?
P.S. Рожи пошли?

[BAA]

9 hours ago, Xрюн222 said:

головка ЗС с оптич.считыванием

Есть ТЕК пробник с оптическим модулятором на входе и демодулятором на выходе. С полосой в 1 ГГц - всего 10. Вход электрический.
 

[RSD]

12 часов назад, Xрюн222 сказал:

Именно на ад797 не пробовал, но иное, даже фирменное, приносили на попробовать, не превзошло хороший тр-р... Будет оказия - попробую. 

  797 микросхема с очень хорошим звуком. Я делал стенд простой с Ку=20 и сравнивал всякие малошумящие, имеющиеся в наличии, LT1028, LT1115  и т.п. штук пять, 797 с заметным отрывом играла. И, кстати, входная ёмкость у неё очень низкая, то есть 797 оч. хор. подходит в качестве первого каскада с высоким сопротивлением, размещаемого у тонарма, в соответствии с идеей так любимого тут некоторыми Сухова. 

7 часов назад, Victor_VVO сказал:

Упомянутый МС ММ трансформатор (и скорее всего именно этот экземпляр) - видел.

  Я вот не видел, но этот вопрос задал не для того, чтобы повеселить электрофилов. Просто люди там пытаются показать некий уровень звучания, который был, по их мнению, заметно превзойдён с этим устройством. Так вот и хотелось бы узнать, каков он, этот уровень. 

[BAA]

58 minutes ago, RSD said:

то есть 797 оч. хор. подходит в качестве первого каскада с высоким сопротивлением

Go ahead, make my day!
Ничего личного, только чудо алгебра.
Берем чудодел калькулятор и получаем:
для "высокоомной" головки с импедансом 12к, без учета RIAA, имеем 24 нВ на корень из частоты токового шума и собственно 14,2 от головки,
что слегка больше собственно напряжения шума в 1.1 нВ ОУ. Последнее эквивалентно 60 Ом импеданса.
OPA1612 имеет схожие характеристики. Ещё, при трансимпедансном включении, шумы усиливаются в К+1 раз, а сигнал в К раз.
Но при К=20 это не имеет значения. 
Преимущество полевых транзисторов и некоторых ламп (как верно заметил Хрюн222)
именно в отсутствии (малости) токового шума при сравнимом шумовом напряжении.
Отчего использовать 6С17К (и не только) с токами сетки в многия микроамперы для ММ нельзя,
хотя там ещё хужее. Смотрите схемы старых осциллографов.

[Russ3000]

На стапелях универсальный усилитель с 797 на входе и OPA1656 дальше и пассивной распределенной коррекцией, основная пока МС голова, для ММ применил коррекцию ТАУ1 на входе, индуктивностью головы, измеренное сопротивление получилось 7,74к для Ортофон 2 ред. Шумов не слыхать. Играет интересно. Головы МС и ММ переключаются 3 джамперами. Жду приличную ММ голову дабы сравнить.

Джамперы в положении ММ.

Да и питание от аккумуляторов - меньше петель, меньше фону. :)

[BAA]

1 hour ago, Russ3000 said:

Шумов не слыхать.

Это как правильно сказать, оценочное суждение. Употреблял и 797 и THS и 1632/37 и 4998. К баранам:
Шумовой ток 797 есть 2 pA.  Импеданс 500 мН и 1.3 кОм на частоте интереса 3852 Hz будет около 12 кОм. 12е3*2е-12=24е-9.
Чтобы оценить шум при RIAA надо пойти и почитать эквивалентную шумовую полосу, каковая меньше 20000 Hz.
Некоторым (не Вам) калькулятор не указка - почитайте Дмитрия который, Lynx. На Веге например.
Вот цитата члена AES из бывшего WW:

[RSD]

3 часа назад, BAA сказал:

Отчего использовать 6С17К (и не только) с токами сетки в многия микроамперы для ММ нельзя,
хотя там ещё хужее. Смотрите схемы старых осциллографов.

Ваши искромётные посты в стиле "в огороде бузина, а в Киеве дядька" безусловно показывают хорошее знакомство с разнообразными схемками и формулками, но вот с применением оных вы пока не совсем к месту. Речь здесь идёт не о старых осциллографах и даже не про 6С17К, говорим на тему корректоров для винила, где шумы с подключенной головкой ниже -65-70 дБ можно просто не рассматривать. А упомянутая ад797 этому условию отвечает с большим запасом при любом включении. 

[BAA]

38 minutes ago, RSD said:

Ваши искромётные посты в стиле "в огороде бузина, а в Киеве дядька" безусловно показывают хорошее знакомство с разнообразными схемками и формулками,

Вы правы, счастье - оно в неведении.