При разборе хлама в шкафу я случайно нашел свою прошлогоднюю (осень 2013-го) поделку — стрелочный индикатор уровня звука на микросхеме К157УД2. Почему-то тогда она у меня работать не захотела, и я ее забросил куда подальше. А сейчас решил окончательно разобраться — в чем же дело? Ведь сделанный тем же летом первый экземпляр устройства до сих пор исправно работает.
Статья, в которой описывается схема усилителя на микросхеме, находится , вариант 2, «Схема с однополярным питанием». Там же можно посмотреть цоколевку микросхемы К157УД2. Я же прилагаю схему со своими номиналами, главной частью которой является индикатор М68501 и его обвязка.

Сразу замечу, что ее можно подключать как на выход усилителя звука, так и на вход . В первом случае стрелочный индикатор будет показывать мощность выходного сигнала (и, соответственно, при уменьшении громкости регулятором стрелка будет «падать»), а во втором — мощность входного, что иногда бывает полезнее (например, визуально контролировать мощность подводимого сигнала, так как если ее приходит слишком много, то сигнал может начать искажаться). В схеме некоторые номера ножек микросхемы указаны в скобках — это значит, что можно собрать два идентичных усилителя на одной микросхеме, и, соответственно, подключить два индикатора: на правый и левый канал (или на вход и выход усилителя).
Оказалось, что пушки не стреляли по двадцати причинам, и первая из них — не было снарядов. А если говорить о микросхеме, то с ее питанием были серьезные проблемы. Так же пришлось заменить оба электролитических конденсатора (в те времена я еще не закупал их ведрами, поэтому поставил откуда-то вытащенные), разобраться с отпадающей ногой конденсатора 22 нФ и правильно подключить его. После этого схема заработала, хотя я еще не знаю, куда ее можно приспособить.
Диоды — Д311. Чуть хуже будут Д18.
Резистор R5 подстроечный и со «звездочкой» — это значит, что мало того, что его придется подкрутить под уровень сигнала (чтобы, например, при нормальной громкости усилителя стрелка болталась в районе 75% от шкалы), так еще не факт, что 47 кОм подойдет для всех случаев.
Если увеличить номинал резистора R4 (470 — 910k), то можно поднять коэффициент усиления микросхемы и заставить ее «чувствовать» более слабые сигналы (это как раз пригодится, если индикатор подключать ко входу усилителя звука). Например, мне для наблюдения выхода звука с плеера пришлось установить резистор в 1 МОм.
Немного фотографий моей схемы:





И демонстрация работы, когда производится наблюдение за выходом «ВЭФ 216»:

Особенностью схемы является невысокая чувствительность к высокочастотным сигналам (стрелка с бОльшим удовольствием приходит в движение от барабанов и бас-гитары, нежели от голоса и гитарных соло).
А на ночь глядя я встроил в корпус индикатора два синих пятимиллиметровых светодиода. Нормально светят от пяти вольт, если меньше — то работает только один, второй оказался подгоревшим. Для совместимости с другими питающими напряжениями подсветка включена через подстроечный резистор 500 Ом — можно легко запитывать всю схему от 5 — 9 вольт, надо только подкорректировать напряжение.

Описываемый усилитель, возможно, использовать с любыми источниками сигнала. Предназначен усилитель для работы с колонками, или динамическими головками мощностью 1 – 1,5 Вт. Его можно также использовать как усилитель для наушников. Собран усилитель на широкодоступных компонентах, которые можно извлечь из неисправной бытовой аппаратуры советского производства.

Первый вариант (К157УД2)

Характеристики:
Чувствительность 600 мВ.
THD % на частоте 1000 Гц не более 0,7%
Максимальная выходная мощность не более 0,7 – 1 Вт.

Собран усилитель на микросхеме К157УД2 и восьми транзисторах. Отличительной особенностью данного усилителя является наличие малого количества пассивных компонентов. Всего 4 резистора и 4 конденсатора на канал.

Электрическая принципиальная схема усилителя:

Принцип работы:

Сигнал усиленный микросхемой поступает на выходной каскад собранный на транзисторах. Каждое плечо этого каскада усиливает свою полуволну сигнала. В точке соединения эммитеров транзисторов сигнал оьединяется и подаётся в нагрузку. Напряжение равное половине напряжения источника питания устанавливается резисторами R2 и R3 (левый канал), также R5 и R6 (правый канал). В цепи отрицательной обратной связи стоит резистор R4 (левый канал) и R8 (правый канал).

DA1 (к157уд2) можно заменить на любой сдвоенный операционный усилитель

Выходные транзисторы можно заменить на:
VT1, VT5 кт315 с любым буквенным индексом, также можно применить кт3102 с любым буквенным индексом.
VT3, VT7 кт361 с любым буквенным индексом, также можно применить кт3107 с любым буквенным индексом. Очень важно чтобы коэффициенты усиления транзисторов VT1 и VT3, также VT5 и VT7 были равны.

Мощные транзисторы можно заменить на кт814 и кт815 с любыми буквенными индексами, но с равными коэффициентами усиления.

2 вариант (К157УД1)

Чувствительность 500 мВ.
THD % на частоте 1000 Гц не более 0,8%
Максимальная выходная мощность не более 0,7 – 1,5 Вт.

Схема второго варианта (показан 1 канал, второй собирается по аналогичной схеме).

В связи с применением более мощной микросхемы К157УД1, отпала необходимость использования транзисторов VT1, VT3, VT5, VT7, как в первом варианте. На выходе микросхемы во время работы присутствует сигнал достаточной амплитуды и мощности, чтобы подать на базы мощных транзисторов.

Применяемые детали и возможная замена:
Вместо микросхемы DA1 (к157уд1) можно применить любой одинарный операционный усилитель серий кр574, К140, К153. Но в плане экономии компонентов предпочтительнее первый вариант усилителя.
Вместо выходных транзисторов кт814в и кт815в можно применить транзисторы подобного типа с любыми буквенными индексами, но (обязательное условие) с равными коэффициентами усиления.
​На видео показана работа первого варианта усилителя, второй вариант собрал но видео с ним не стал снимать.

Печатную плату можно скачать

Описанный в УМЗЧ высокой верности разрабатывался для субъективной экспертизы звучания цифровых лазерных проигрывателей компакт-дисков (ПКД).

При проведении экспертизы к выходу УМЗЧ подключались мощные высококачественные акустические системы (АС), а его вход соединялся С выходом ПКД с целью обеспечения минимальных фазовых и нелинейных искажений, а также снижения уровня шумов посредством простейшего резистивного делителя напряжения, в качестве которого использовался проволочный переменный резистор СП5-21-А-2 сопротивлением 15 кОм.

Этим делителем можно установить громкость 90—94 фон, необходимую для проведения субъективной экспертизы, поскольку при такой громкости обеспечивается нормальный баланс спектра и нет необходимости в дополнительной частотной коррекции. В дальнейшем регулировка осуществлялась только при смене типа АС или отличии номинального выходного напряжения испытуемого ПКД от стандартного (2 В эфф).

При использовании описанного УМЗЧ в качестве базового усилителя высококачественного звуковоспроизводящего комплекса его необходимо дополнить тонкомпенси-рованным регулятором громкости и регулятором тембра, имеющим чувствительность 150...200 мВ. Описание такого блока регулировки, разработанного автором, и приводится в публикуемой ниже статье.

Основные технические характеристики

• Входное сопротивление, кОм - 150
• Номинальное входное напряжение, мВ - 150
• Номинальное выходное напряжение, м В - 800
• Относительный уровень собственных шумов: взвешенное значение - 94дБА, невзвешенное значение - 88дБ
• Глубина регулирования громкости, дБ - 36
• Глубина регулирования тембра, дБ + 10...—10
• Коэффициент гармоник, %, при номинальном уровне ВЫХОДНОГО сигнала.<0,001 %
• Перегрузочная способность, дБ 4-18.

Принципиальная схема и принцип работы

Принципиальная схема блока приведена на рис. 1. Первый его каскад собран на ОУ DA1.1 (DA2.1) и выполняет функции регулятора стереобаланса. Резистором R21 коэффициент усиления каждого канала можно изменять в пределах ±4 дБ.

Второй каскад блока собран на ОУ DA1.2 (DA2.2) и представляет собой модификацию активного тонкомпенсирован-ного регулятора громкости, подробно описанного в .

Принцип частотной компенсации этого регулятора в области НЧ основан на изменении при регулировании громкости постоянных времени цепей ООС, охватывающих ОУ — C3R5R7.1 и R7.1R9C6 (C15R26R7.2 и R7.2R30C18), а также изменении АЧХ частотно-зависимого делителя R5R6C4 (R26R27C16) при перемещении движка регулятора громкости R7.1 (R7.2).

Частотную компенсацию в области высших частот обеспечивает цепь C5R8 (C17R28), включенная параллельно части резистора R7.1 (R7.2). В крайнем левом (по схеме) положении движка R7.1 (R7.2) выполняется условие C3R5 = C6(R9+R7.1) (C15R26 = C18(R30+R7.2)).

Принципиальная схема высококачественного регулятор громкости, баланса и тембра ВЧ/НЧ.

Цепь C4R6 (C16R27) зашунтирована согласно принципу виртуального замыкания входов ОУ, а цепь C5R8 (C17R28) шунтирует соответствующая секция резистора R7.1 (R7.2), поэтому каскад имеет единичный и частотнонезависимый (в звуковом диапазоне) коэффициент передачи.

АЧХ, формируемые каскадом в крайних и среднем положениях регулятора громкости R7, показаны на рис. 2 и мало отличаются во всем диапазоне регулирования от идеальных кривых тонкомпен-сации, построенных на основании кривых равной громкости Флетчера — Мансона .

Особенность описанного регулятора громкости — близкая к экспоненциальной зависимость коэффициента передачи на средних частотах при линейной функциональной зависимости сопротивления от угла поворота оси резистора R7.

Это обеспечивает максимальную плавность регулирования, так как повороту оси на один и тот же угол соответствуют равные приращения громкости. Электронные коммутаторы на транзисторах VT1.1. и VT1.2 (VT1.3 и VT1.4) позволяют отключить тонкомпен-сацию.

На ОУ DA3.1 (DA3.2) выполнен активный регулятор тембра низших R13.1 (R13.2) и высших R14.1 (R14.2) частот . На рис. 3 показаны АЧХ, формируемые этим каскадом в разных положениях регуляторов. Как видно из рисунка, максимальная глубина коррекции составляет 10 дБ, что вполне достаточно для звуковоспроизводящего комплекса высокой верности.

В то же время ограничение глубины коррекции позволило уменьшить рассогласование АЧХ и ФЧХ правого и левого каналов до уровней соответственно не более 0,2 дБ и 3 град, в диапазоне частот 20...20 000 Гц в любом положении регуляторов (то же самое относится и к регулятору громкости), что важно для сохранения неизменного положения кажущихся источников звука при натуральном стереозвучании.

Применение активных регуляторов громкости и тембра позволило обеспечить требуемый динамический диапазон устройства в целом достаточно простыми средствами.

Для измерения коэффициента гармоник применялась методика с подавлением первой гармоники, описанная в . На рис. 4 приведены спектрограммы сигнала на выходе блока регулировки громкости и тембра при подаче на его вход сигнала от генератора, спектр которого показан на рис. 5 (первая гармоника частотой 1 кГц на обеих спектрограммах подавлена на 60 дБ).

Относительный уровень наибольшей второй гармоники составляет —108 дБ, что соответствует коэффициенту нелинейных искажений по второй гармонике 0,0004 %, а с учетом высших гармоник общий коэффициент гармоник не превышает 0,001 %.

Вследствие падения петлевого усиления ОУ на высших звуковых частотах уровень интермодуляционных искажений устройства несколько выше. На рис. 6 показаны спектрограммы выходного сигнала при подаче на вход устройства суммы двух синусоидальных напряжений частотой 19 и 20 кГц.

На спектрограмме уровни полезных составляющих (19 и 20 кГц) подавлены на 45 дБ, относительный уровень интермодуляционной составляющей разностной частоты (1 кГц) равен —92 дБ, что соответствует коэффициенту интермодуляционных искажений 0,0025 %.

Конструкция и детали

Блок регулировки питается от стабилизаторов напряжения, выполненных на транзисторах VT2, ѴТЗ и стабилитронах VD2, VD3 и подключенных непосредственно к шинам нестабилизированного источника питания УМЗЧ.

В устройстве применены постоянные резисторы MJ1T-0,125, сдвоенные переменные проволочные прецизионные резисторы СП5-21А-2 (R7, R13, R14) и СП5-21Б (R21). С несколько худшими результатами можно применять СПЗ-30г (R7, R13, R14) и СПЗ-30а (R21). В этом случае разбаланс громкости и АЧХ не будет превышать 2 дБ. В качестве оксидных конденсаторов используются К50-16, остальные КМ-4, КМ-5, КМ-6, К73-11.

Номиналы всех постоянных резисторов и конденсаторов СЗ-С6, С9, С15-С18, С21 не должны отличаться от указанных на принципиальной схеме более чем на 5 %, конденсаторов С8, С10, С20, С23 - более чем на 10 %, остальных — на 20...80 %.

Замена ОУ К157УД2 на другие нежелательна ввиду их хороших шумовых свойств и высокой линейности, а также возможности работать на сравнительно низкоомную нагрузку.

Оба канала устройства собраны на печатной плате из стеклотекстолита. Рисунок печатных дорожек показан на рис. 7, а, а расположение деталей — на рис. 7, 6.

При пониженных требованиях к разбалансу громкости АЧХ и ФЧХ пределы регулирования громкости и тембра могут быть расширены.

Так, чтобы довести глубину регулирования громкости до 60 дБ, следует изменить номиналы четырех резисторов (R6 = R27 = 470 Ом, R9—R30= 1 кОм) и двух конденсаторов (С4 = С16 = 1 мкф), а чтобы увеличить пределы регулирования тембра до ±16 дБ, нужно уменьшить сопротивления восьми резисторов (R15 = R16 = R33 = R34 =300 Ом, R12—R17 = R32 = R36 = 2,7 кОм).

Печатная плата для высококачественного регулятора громкости, баланса и тембра.

Налаживание

Налаживания правильно собранный блок регулировки громкости и тембра не требует. Печатные платы темброблока поставляются кооперативом «Маяк» (см. «Радио» 1990, № 7, с. 80).

Н. СУХОВ. г. Киев, Украина.

Литература:

1. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 6, с. 55— 57.
2. Сухов Н., Бать С., Колосов В., Чупаков А. Техника высококачественного звуковоспроизведения.— Киев: Тэхника, 1985, с. 27, рис. 2.8. 6.
3. Newcomb A., Young R. Practical loudness: ап active circuit design approach.— Journal of the Audio Engineering Society, 1976, Vol. 24, N I, pp. 32—35, fig. 1.
4. Сухов H., Бвть С., Колосов В., Чупаков А. Техника высоко-качественного звуковоспроизведения.— Киев: Тэхника, 1985, с. 35, рис. 2.17.
5. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 7, с. 59, рис. 7.

Промышленность выпускает микросхемы, которые в одном корпусе содержат два операционных усилителя, в частности К157УД2. Хотя микросхема предназначена для низкочастотных устройств, она неплохо работает в радиоприемниках прямого усиления на СВ и ДВ и, что очень важно, при низком напряжении питания 2...3 В. Это позволяет построить миниатюрный радиоприемник, который не нуждается в предварительном макетировании. Схема такого приемника приведена на рис. 19.12. Для простоты приемник имеет фиксированную настройку на одну радиостанцию, наиболее лучше слышимую в данной местности. Можно конечно ввести и плавную настройку на радиостанцию, установить конденсатор переменной емкости, как в предыдущей конструкции приемника, но тогда габариты приемника возрастут. Ток, потребляемый приемником, составляет около 3 мА.

Рис. 19.12. Принципиальная схема радиоприемника на микросхеме К157УД2

Приемник содержит: входные цепи, усилитель радиочастоты, диодный детектор, усилитель звуковой частоты. Входные цепи приемника состоят из магнитной антенны WA1 и катушки связи с усилителем радиочастоты на операционном усилителе DA1.1. Сигнал радиостанции, выделенный входным контуром L1, С1, через катушку связи и конденсатор С2 поступает на вход ОУ DA1.1 (УРЧ). После усиления сигнал с вывода 13 подается на детектор, собранный на диодах VD1, VD2, включенных по схеме удвоения выходного напряжения. Нагрузкой детектора по постоянному току служит обратное сопротивление его диодов. С выхода детектора сигнал звуковой частоты через разделительный конденсатор С6 поступает на вход усилителя звуковой частоты, собранного на ОУ DA1.2. С выхода УЗЧ сигнал через конденсатор С8 подается на наушники BF1.

Детали

Детали в приемнике используются малогабаритные. Резисторы МЛТ-0,125, конденсатор С8 К50-6, остальные КМ-5. Для магнитной антенны используется ферритовый стержень длиной 55 мм и 08 мм. Катушка L1 содержит 80 витков провода ЛЭШО 10x0,07, катушка связи L2 имеет 15 витков провода ПЭЛШО 0,12. Для питания приемника используется два последовательно соединенных аккумулятора типа Д-0,06. Выключатель питания может быть любого типа, малогабаритный.

Большая часть деталей, радиоприемника смонтирована на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Вид печатной платы и размещение на ней деталей показано на рис. 19.13.

Рис. 19.13. Печатная плата и размещение на ней деталей радиоприемника на микросхеме К157УД2

Правильно собранный приемник при использовании исправных радиокомпонентов наладки не требует и после включения питания начинает сразу работать. Необходимо только изменением емкости конденсатора С1 настроиться на требуемую радиостанцию. Приемник не имеет регулятора громкости. Для изменения громкости звука необходимо вращать корпус приемника.

Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

Представленное ниже устройство обладает хорошим качеством звучания и низким уровнем шумов, а также имеет функцию обхода (прямая АЧХ), в тоже время простота схемы не отпугнет начинающих радиолюбителей. В основу пассивной части схемы входит разработка, описанная E.J.James"ом еще в 1948 году, а все устройство вместе смахивает на работу Baxandall"a образца 1952 года:) Смахивает использованием усилительного каскада, в данном случае ОУ, которым можно поднять амплитуду, "съеденную" (у этого регулятора амплитуда падает в пять раз или -13дБ!) темброблоком. Анализируя широко известные любому радиолюбителю источники (в коих наблюдается некоторая историческая неточность), было принято решение поэкспериментировать с этой вещичкой:

К сожалению, реальные графики АЧХ так и не успел снять, однако приведем результат моделирования в программе Tone Stack Calculator . Данная схема примечательна использованием R5-R6, которые обеспечивают более узкий подъем частот, не затрагивая середину. Этих резисторов нет в разработке E.J.James"a, поэтому симуляция произойдет без них:). Однако на общее впечатление от графика это не скажется, просто полоса подъема высоких частот будет более широкой.

Но мне хотелось бы большего: ещё больший подъем на НЧ и в особенности ВЧ, так сказать с запасом, хотя в вашем случае все может быть совершенно иначе. Вернее не в вашем случае, а в случае вашей акустики:). К примеру из опыта эксплуатации продукции бердского радиозавода ВЕГА 50АС-106 регулировка низких частот темброблока в RRR УП-001 совсем не подходила, поскольку поднимала лишь область верхнего баса (200-250 Гц, басом это трудно назвать, скорее гул). Однако на акустических системах производства рижского радиозавода Radiotehnika RRR S50b, можно было добиться приемлимого качества звучания. Хотя все это считается баловством, поскольку корректирует лишь впечатление от прослушивания, корректировку АЧХ колонок и, если усилитель ущербен, проводят другими схемотехническими изысканиями, к примеру параметрическими эквалайзерами с регулировками не только по усилению, но и с возможностью перемещения подымаемой частоты и добротности. Но мы же здесь не собрались исправлять огрехи дорогой акустики?

Итого +6 дБ на основной низкой частоте, и +5 дБ на высокой. Спад -3 дБ в области средних частот решено поднять усилением на ОУ. Признаюсь, стало немного многовато. В схеме поворотом регуляторов трудно добиться ровной АЧХ (вернее совсем не добиться), поэтому решено добавить устройство, отключающее темброблок. Это может оказаться полезным при эксплутации с вашим усилителем более "продвинутого" эквалайзера. Простым замыканием входа и выхода пассивной части или же всего темброблока (в первом случае замыкается конденсатор С3 и как следствие заваливаются верха, во втором - регулировка ВЧ и НЧ сохраняется, правда в небольших пределах) здесь не обойтись. Поэтому можно осуществить элементарную коммутацию на реле с перекидными контактами (типа РЭС-9, РГК-14 и т.д.).

Стоит отдельно затронуть изъезженную тему конденсаторов в блоке тембров. По своему субъективному опыту эксплуатации известного предусилителя Шмелева , в конструкции которого применял незадумываясь керамику импортного производства, широкораспространенную в магазинах, выходной сигнал был насыщен гармониками, что ощущалось на слух. Быть может в слепом тесте этого темброблока с другими конденсаторами я бы этого и не заметил, но тем не менее у меня это глубоко отложилось в памяти. В данной конструкции решил использовать исключительно конденсаторы на бумажной основе. Конечно, здесь я не буду описывать опыт использования импортных конденсаторов за сотни долларов, но как говорится, чем богат:). Из накопленных запасов были вытащены конденсаторы серий БМТ-2, БМ-2 и МБМ.

Итак, при использовании данных конденсаторов, первое что необходимо сделать, это измерить их емкость и осмотреть на внешние повреждения (в особенности для БМТ-2). Среди десятка образцов конденсаторов серии МБМ, 90% имели превышение номинальной емкости на 40-50%, что в двое больше их допуска. Измерение емкости позволяет подобрать конденсаторы в пары для 2-х каналов для обеспечения симметричной регулировки. Первое включение и вердикт - однозначно предпочтительнее использования китайской керамики. К своему стыду, мне не удалось отыскать бумажный конденсатор в цепи ВЧ, поэтому применил конденсатор серии КТК, широко использовался в ламповых телевизовах и прочей аппаратуре. Кроме всего прочего данный конденсатор обладает хорошей термостабильностью. Обкладки из серебра на звуке никак не сказались:) (хотя после пополнения багажа знаний о данном конденсаторе, звук постепенно стал становиться краше и... :)). Графики, которые получилось снять:

Регуляторы повернуты на максимум:

Регуляторы повернуты на минимум:

Схема получившегося устройства:

Характеристики данного темброблока:

• Коэффициент гармоник, %: не более 0,02.
• Диапазон регулировки, не менее: НЧ +-16 дБ, ВЧ +-17 дБ.
• Входной сигнал: ~1V.

Показатели по КГ, сигнал/шум зависят от примененного ОУ. Выбор пал на TL072, (это сдвоенный ОУ фирмы ST) в силу его дешевизны и распространенности. Отлично сюда впишутся и такие операционники, как NE5532, NJM4558, LM358. Поэкспериментировать можно и с одиночными ОУ (с дальшейшей переделкой ПП) TL071, NE5534, КР544УД1,2, К157УД2 (с цепями коррекции) и так далее. С бумажными конденсаторами и ОУ в золотом корпусе, чем не раритет? Для оперативной замены микросхемы (если отдали предпочтение другому ОУ), рекомендуется предварительно установить на соответствующее место панельку DIP-8.

Для питания активной части устройства используется параметрический стабилизатор напряжения на два плеча + и - без использования каких-либо усилительных элементов, поскольку в данной схеме общий ток потребления меньше номинального тока стабилитронов. Для сглаживания остатков пульсаций, вызванных пульсациями блока питания УМЗЧ, в схеме присутствуют два электролита. Их емкость невелика для обеспечения низкой инерционности. Такой небольшой набор дает низкий уровень фона при эксплуатации устройства.

Разумеется, для обеспечения минимального уровня фона этого бывает недостаточно. Снизить фон может помочь заземление корпусов переменных резисторов. У некоторых групп регуляторов для этого есть отдельный вывод (например СП3-33-23). В моем распоряжении оказались широко распространенные резисторы В-группы (для регулировки баланса они не подходят), корпус которых после обработки наждачкой я и заземлил. Земли свел к одной выбранной точке (корпус регулятора низких частот), откуда направил их земле блока питания УМЗЧ. Фотография устройства и печатная плата:

Размер печатной платы 140х60 мм, здесь можно скачать файлик в формате .lay . Желаю успехов в повторении! .

Обсудить статью ТЕМБРОБЛОК