ЯНУС - балансный универсальный усилитель для наушников

[jett]

В качестве развития "ушной темы", начатой здесь: https://forum.vegalab.ru/showthread....-буфера-ФАНТОМ предлагаю следующую схему, основанную на тех же принципах (класс А, однотакт, без ОООС, без разделительных конденсаторов), но на этот раз в балансном исполнении (рис.1). Такое построение имеет ряд преимуществ: некритичнось к выбору блока питания (потребляется только постоянный ток) и его упрощение (применён однополярный БП без стабилизации, рис.3), подавление чётных гармоник (основных в спектре однотактника), нечувствительность к синфазным наводкам, нечувствительность к короткому замыканию выхода (что позволяет применить щадящую звук защиту, рис.1 и 3). Недостатком схемы можно считать необходимость отдельного подключения каждого "уха", т.е. без общего "земляного" провода (один общий стереоштекерь придётся заменить на два моноштекеря), что вобщем-то просто.
Схема имеет балансный (XLR) и обычный (RCA) входы и позволяет получать достаточную выходную мощность при сопротивлении наушников 32...600 Ом. При этом, от стандартных балансных источников с напряжением 4...4,6 В на нагрузку примерно до 200 Ом усилитель может работать просто в режиме балансного повторителя, без усиления напряжения. Для более же высокоомных наушников используется малозаметный на слух каскад предварительного усиления и вход RCA , рис.2. (он может использоваться с любыми наушниками 32...600 Ом).
Звучание усилителя получилось спокойным и сбалансированным и в то же время ясным и детальным, с очень хорошей передачей низкоуровневых сигналов и всеми признаками класса А.
Подробности в п. №2. А полная статья напечатана в "Радиохобби" №1 / 2013 г.

[jett]

Работа схемы основана на перераспределении тока между балансными плечами под воздействием управляющего сигнала. При этом суммарный потребляемый от БП ток остаётся неизменным (в идеале, конечно). Поэтому БП оказывается вне звукового тракта в отличие от небалансных схем, где БП является неотъемлемой составляющей самой схемы аудиоустройства и соответственно вносит свой "неповторимый почерк" в звучание. Вторая главная особенность такой схемы - компенсация чётных гармоник, что совсем не маловажно для безОСного устройства.
Собственно усилитель (рис.1) является балансным повторителем на составных транзисторах Т1/Т3 и Т2/Т4, нагруженных на соответствующие источники тока на Т5 и Т6. Источник тока на Т7 задаёт нужный ток (уточняется R11) через ИОН - стабилитрон D1 (при желании его можно заменить двумя красными светодиодами, включенными последовательно, с током 3...8 мА). Важный момент: питание усилителя однополярное и только отдельное для каждого канала, при этом без привязки шин питания к "земле" (шина "0 В" - это не "земля" !). Привязка же к "земле" происходит в средней точке делителя R9/R10, задавая рабочую точку (Uк-э) для Т3 и Т4, позволяющую получить максимальную амплитуду выходного сигнала (до 15 В). На ОУ ОР1 собрана схема защиты от постоянного напряжения на выходе (порог срабатывания около 300 мВ, уточняется при необходимости одновременным подбором R16 и R17), замыкающая накоротко эти выходы и отключающая устройство от сети (Rel2 и Rel3 на рис.3). Связующим звеном являются оптопары TLP621 (или PC817).
Коммутация входов между балансным и обычным осуществляется с помощью сигнальных реле Rel1-А, Б (по-канально), рис.2. Для регулирования громкости применён счетверённый переменный резистор R3 ALPS на 10 кОм. В принципе, можно использовать два сдвоенных резистора. Баластные резисторы R1 и R2 могут быть уточнены исходя из нагрузочной способности источника сигнала, но меньшее сопротивление при этом для звука более предпочтительно.
На ОР2+Т2 по известной схеме нестандартного включения ОУ AD744 собран предварительный усилитель для работы от RCA-входа. Далее, на ОУ ОР1 - преобразователь небалансного сигнала в балансный. Для наушников сопротивлением ориентировочно до 200 Ом предусилитель на ОР2+Т2 можно исключить, подавая сигнал с регулятора громкости прямо на ОР1. И, хотя данный предусилитель довольно малозаметен в звуковом тракте, но без него звучание ещё немного более естественное. Питание этого блока двухполярное, от параметрического стабилизатора D3,D4,R12,R13, дополненного интегральным (на рис.3 это L7818/L7918) для глубокого подавления пульсаций выпрямленного напряжения. При работе от RCA-входов эта часть БП, выполненная для удобства на отдельном трансформаторе, включается переключателем S2. Одновременно срабатывают и реле Rel1-А,Б, коммутирующие входы.
БП показан на рис.3. Питание основного усилителя, кроме всего прочего, не требует ни стабилизации, ни глубокого подавления пульсаций, опять же, по причине балансного построения схемы. Потому как на обеих выходных клеммах усилителя относительно шины "0 В" напряжение пульсаций и помех будет одинаковым в любой момент времени, следовательно на самой нагрузке это напряжение в идеале будет нулевым. Результат - полное отсутствие фона в наушниках. Поэтому, при токе потребления около 480 мА, в БП можно ограничиться относительно небольшими общего применения ёмкостями и резисторами. При этом, если предполагается использовать наушники сопротивлением примерно до 150 Ом, то напряжение питания можно и снизить до 13 В.
Включается усилитель нефиксируемым сдвоенным переключателем S1, через несколько секунд после нажатия которого срабатывает Rel3 и замыкает своими контактами сетевую цепь. Одновременно срабатывает также и реле Rel2, размыкающее выходы усилителя. Выключается устройство кратковременным нажатием кнопки S3. Т2 выполняет роль "защёлки", предотвращающей переход схемы в режим мультивибратора при срабатывании защиты. На момент включения "защёлка" блокируется выключателем S1.2.
Близкое к нулю (в пределах единиц мВ) постоянное смещение на выходе обеспечивается, во-первых, обязательным подбором полевых транзисторов Т1 и Т2 (рис.1) по одинаковому начальному току стока (не менее 12 мА) и, во-вторых, одинаковым тепловым режимом транзисторов Т3/Т4 и Т5/Т6 попарно, т.е. эти транзисторы должны стоять либо на одном общем радиаторе, либо по две штуки, на небольших расстояниях один от другого. В этом случаи проблем с тепловым дрейфом "нуля" на выходе нет. На Т3 и Т4 рассеивается примерно по 1,7 Вт, на Т5 и Т6 - по 1,3 Вт. Если не удастся найти полевики с одинаковым током стока, то в небольших пределах можно одновременно порегулировать сопротивления R5/R7 или R6/R8.
В случаи возникновения возбуждения (гудение) можно установить резисторы 10...30 Ом в базовые цепи Т5 и Т6, либо заменить стабилитрон на два последовательно включенных красных светодиода. У меня получалось, что со светодиодами схема была меньше склонна к возбуждению, но звучание со стабилитроном понравилось чуть больше.
Меандр любой звуковой частоты на выходе усилителя имеет близкую к идеальной форму (на верхних ЗЧ, как и положено, слегка сглаживаются фронты). По результатам симуляции в микрокапе нелинейные искажения довольно низкие: при вых. мощности 50 мВт/1 кГц они составили: 0,01060%/32 Ом, 0,00450%/50 Ом, 0,00125%/100 Ом, 0,00029%/250 Ом, 0,00016%/600 Ом. Интересно, что при использовании в симуляторе вроде бы менее линейных транзисторов BD139 (на данном участке тока коллектора) искажения ещё немного ниже: 0,00600%/32 Ом, 0,00270%/50 Ом, 0,00070%/100 Ом, 0,00018%/250 Ом, 0,00012%/600 Ом. В спектре присутствует практически только 3-я гармоника.

[kozak]

Звучание усилителя получилось спокойным и сбалансированным и в то же время ясным и детальным, с хорошей передачей низкоуровневых сигналов и всеми признаками класса А.

А фото конструкции можно лицезреть? И кто вибирал название изделию?

---------- Добавлено в 16:06 ---------- Предыдущее сообщение в 16:01 ----------

Недостатком схемы можно считать необходимость отдельного подключения каждого "уха", т.е. без общего "земляного" провода (один общий стереоштекерь придётся заменить на два моноштекеря), что вобщем-то просто.

В большинстве случаев придется "курочить" штатную проводку гарнитуры, так как зачастую используется всего три провода, что-бы насладится "спокойным и сбалансированным ... ясным и детальным, с хорошей передачей низкоуровневых сигналов ... звучанием".

[jett]

А фото конструкции можно лицезреть?

Это просто макет, навесным монтажём, тщательно прослушаный и промеряный. Выглядит не так красиво, как звучит. Более мощный прототип этой схемы (с током покоя под 3А/плечо) уже три года работает у меня на АС как основной УМ, пережил пару апгрейдов. Так что, есть и конструкция.

И кто вибирал название изделию?

Ваш покорный слуга. Подумал, что лучше его как-то обозвать, чем "тот который..." или "вот там, в посте таком-то...". А что, разве он не похож?

В большинстве случаев придется "курочить" штатную проводку гарнитуры

Думаю, как-раз не в большинстве, т.к. нормальные наушники соединены со штекерем всё-таки 4-мя проводами, т.е. достаточно только перепаять штекерь. Будет также возможность поставить нормальные раздельные провода. И преимущества перед небалансными схемами имеют место быть, о чём я выше и написал: прежде всего - это исключение БП из звукового тракта и радикальное подавление чётных гармоник без применения ОС. И то, и другое невозможно в подобной же небалансной схеме. К тому же, скажите, а как ещё можно подключить наушники к источнику сигнала с балансным выходом не используя преобразователи (на которых будут неизбежные потери качества звука) ? Владельцы таких балансных источников, думаю, будут приятно удивлены звучанием этого усилителя. Звук очень хорош!
Ну, а если нет желания менять штекерь, то аналогичные, но небалансные схемы можете найти по ссылке из п.№1.

[jett]

А по существу вопросы, мнения будут?

[vladhv]

jett
Поясните

Работа схемы основана на перераспределении тока между балансными плечами под воздействием управляющего сигнала.

Токи перераспределяются между плечами , если есть перекрестные связи, как, например, в circlotron.
У Вас же два независимых канала.

[jett]

vladhv, поясню, что я имел ввиду: при поступлении сигнала ток через верхние транзисторы, Т3 и Т4, изменяется относительно тока покоя. Причём, если он увеличивается через Т3, например, на 10 мА, то через Т4 ток уже уменьшается на те же 10 мА. Т.е., перераспределяется. Думаю, понятно почему так получается. Ну это что-то вроде качелей. А суммарный потребляемый от источника питания ток остаётся постоянным, что в режиме покоя, что при поступлении сигнала. Это, как я уже писал, существенное преимущество перед аналогичными небалансными схемами.

[m910]

С какими наушниками прослушивали усилитель

[PMCF]

vladhv, поясню, что я имел ввиду: при поступлении сигнала ток через верхние транзисторы, Т3 и Т4, изменяется относительно тока покоя. Причём, если он увеличивается через Т3, например, на 10 мА, то через Т4 ток уже уменьшается на те же 10 мА. Т.е., перераспределяется. Думаю, понятно почему так получается. Ну это что-то вроде качелей. А суммарный потребляемый от источника питания ток остаётся постоянным, что в режиме покоя, что при поступлении сигнала. Это, как я уже писал, существенное преимущество перед аналогичными небалансными схемами.

Балансная схема положительно влияет на звук, поддерживаю, убедился на своем опыте в своих конструкциях. В качестве пищи для размышлений, хочу выложить еще один пример балансной реализации, схема предусилителя Parasound Halo JC2.

[vladhv]

Балансная схема при правильном исполнение обладает более динамичным звуком.

[jett]

Балансная схема положительно влияет на звук, поддерживаю, убедился на своем опыте в своих конструкциях.

Балансная схема при правильном исполнение обладает более динамичным звуком.

И для этого есть объективные причины (см. выше). Кроме всего прочего, для тех, кого смущает перепайка штекеря, опять же, акцентирую внимание на этом:

а как ещё можно подключить наушники к источнику сигнала с балансным выходом не используя преобразователи (на которых будут неизбежные потери качества звука) ?

Т.е., имея балансный источник сигнала, грех не использовать все его преимущества в полной мере.

С какими наушниками прослушивали усилитель

Тут похвастаться нечем... В основном, подключал этот усилитель как буфер перед мощником, сравнивал так и этак. Также подключал старые "Эхо Н-16-40С", 48 Ом, но даже с ними потенциал чувствуется. Да и по параметрам, посмотрите на коэф. гармоник и их состав.

[EDDiE]

Для наушников сопротивлением ориентировочно до 200 Ом предусилитель на ОР2+Т2 можно исключить, подавая сигнал с регулятора громкости прямо на ОР1.

А Т1?

[jett]

И Т1 - тоже, конечно. Имеется ввиду подавать сигнал с РГ прямо на балансный преобразователь, минуя усилитель напряжения, так как мощности в этом случаи и так будет достаточно (впрочем, кому - как ).

[EDDiE]

И Т1 - тоже, конечно. Имеется ввиду подавать сигнал с РГ прямо на балансный преобразователь, минуя усилитель напряжения, так как мощности в этом случаи и так будет достаточно (впрочем, кому - как ).

Благодарю за ответ.

[LexaryStyle]

Помню в мохнатые времена кто то на форме грезил собрать полностью балансный тракт... Есть кто пришел к цели?)

[jett]

Есть кто пришел к цели?

Дык я и пришёл. Балансный источник + балансный мощник. Суммирование на АС.

[olfema]

Насколько стабилен ток покоя в данной схеме?

[fakel]

Дык я и пришёл. Балансный источник + балансный мощник. Суммирование на АС.

Суммирование должно быть строго на входе

[MAXIM_A]

Дык я и пришёл. Балансный источник + балансный мощник. Суммирование на АС.

А схему мощного варианта, можно посмотреть?

[jett]

Насколько стабилен ток покоя в данной схеме?

Достаточно стабилен, проблем не возникало. Тут важнее одинаковость токов плеч, а она легко обеспечивается тепловым контактом Т5 и Т6, а также точностью R7, R8. В посте №2 об этом написано.

---------- Сообщение добавлено 23.49 ---------- Предыдущее сообщение было 23.48 ----------

Суммирование должно быть строго на входе

Не факт.

---------- Сообщение добавлено 23.51 ---------- Предыдущее сообщение было 23.49 ----------

А схему мощного варианта, можно посмотреть?

https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=62696
А также в РадиоХобби №2- 2013 г.