Усилитель воспроизведения PBA2009

[Alex Nikitin]

Вот, наконец-то, нашёл несколько часов времени и собрал на макетке давно промоделированную схему. Пока это только прототип, и все измерения сделаны с использованием обратной цепи коррекции на входе. Надеюсь опробовать этот усилитель в одной из моих дек в ближайшее время. Пока выкладываю только схему и результаты первых измерений.

За основу взята схема моего усилителя для наушников "Янтарь" , с некоторыми доработками . Я сделал примерно такую схему усилителя-корректора для винила в конце 2007 года, за пару месяцев перед тем, как у меня получилась схема моего нынешнего серийного корректора, которую я пока раскрывать не собираюсь.

Схема УВ получилась весьма универсальная, в целом её можно применять как для кассетных, так и для катушечных магнитофонов - с соответствующими изменениями цепей коррекции (C2, R3-R5).

Так, как на картинке, схема обеспечивает усиление 60 дБ на 400 Гц и постоянные времени коррекции 120 мкс и 3150 мкс (для кассетной ленты Type 1) . Сопротивление нагрузки желательно 10К или больше. Измерения, приведённые на графиках, сделаны для нагрузки 10К.

Напряжение питания от 8 до 30 В, ток потребления двух каналов около 8 мА при 12 В, 12 мА при 30 В питания. С изменением напряжения питания в указанных пределах параметры схемы изменяются мало, в основном только перегрузочная способность. Для катушечных дек желательно повышенное напряжение питания, для большинства кассетников 12 В будет вполне достаточно.

На схеме не показано, но R1 и R5 - потенциометры, первым (20К) устанавливается режим работы усилителя по наименьшим искажениям, к движку второго (2К) подключён правый вывод R6, что позволяет регулировать виртуальную нагрузку на ГВ.

Измеренные параметры такие - при закороченном на 10 Ом входе А-взвешенное отношение C/Ш около 71 дБ для 200 мВ на выходе (эквивалентно входному напряжению 0,2 мВ на 400 Гц) . Максимальное выходное напряжение зависит от напряжения питания и при 30 В составляет больше 6 В эфф. При 12 В питания - больше 2 В эфф, что вполне достаточно для большинства кассетных ГВ. Искажения при 1,2 В эфф на 50 Гц (12 В питания) - менее 0,15%, при 20 В питания - менее 0,1% , большей частью 2-я гармоника. При меньших выходных напряжениях искажения уменьшаются - для 200 мВ эфф при 1 кГц - порядка 0,005%.

Просьба учесть, что прототип измерялся без экрана на рабочем столе, поэтому немного видно наводку 50 Гц.

Вся схема сейчас занимает макетную плату 40х70 мм, но при желании её можно сделать заметно меньшего размера.

Немного о транзисторах - подобрать в пару имеет смысл входные полевики, иначе может быть некоторый разбаланс по усилению. Я использовал для входных транзисторы с начальным током около 8 мА. Остальные транзисторы можно и не подбирать, особенно если сделать раздельную регулировку режима по каналам. У меня она общая, и вторую пару 2SK170 я тоже взял подобранную, но BSP129 я не подбирал. В принципе, можно вместо BSP129 взять и что-то попроще, я пробовал J112, но тогда необходимо высокое напряжение питания - 20В и выше, кроме этого, может потребоваться подбор R3 в сторону увеличения.

По поводу компенсации щелевых потерь - в этом случае просто используется резонанс головы с ёмкостью проводов и (при необходимости) дополнительно подключённой ёмкостью на входе УВ. Добротность контура регулируется подстроечником R5.

Добавлено 05.11:

При подключении к ГВ от Hitachi D909 отношение С/Ш, А-взвешенное без ленты - примерно 64 дБ относительно 250 нВб/м 315 Гц, то есть не хуже и не лучше, чем у оригинального УВ.

Алексей

[intell]

Алексей, я не вижу цепей компенсации щелевых/слойных потерь. Корректору они не нужны, но магнитофону _необходимы_.

[Alex Nikitin]

Алексей, я не вижу цепей компенсации щелевых/слойных потерь. Корректору они не нужны, но магнитофону _необходимы_.

На самом деле таких цепей нет практически во всех промышленных УВ. Если надо приподнять характеристику дополнительно на ВЧ (для некоторых ГВ это требуется), то можно поставить соответствующую RC цепочку параллельно R7 - там есть запас усиления, как минимум, 6-7 дБ.

Компенсация слойных потерь имеет смысл не в плане коррекции АЧХ - для хорошей ГВ там нечего корректировать, а в плане коррекции фазы, так как слойные потери не имеют фазового сдвига. Но, поскольку я хотел сделать простой для повторения УВ, то не стал усложнять схему. При желании можно добавить фильтр-фазовращатель на выходе.

Алексей

[intell]

при использовании УВ с катушечником - без этой компенсации не обойтись, раб. слой ленты толще.
и чем он толще - тем больше слойные потери при воспроизведении.

вот тут почитай: http://audio.utac.net/pg/TFR-tut/

[Aspen]

вроде самый простой способ компенсации щелевых потерь - конденсатор параллельно ГВ, т.е. образующий с ГВ колебательный контур. Обычно там 50-200 пФ.
и всего делов то...

Если чо, дяденьки не пинайте сильно, я последний раз мафон лет двадцать назад паял... Просто случайно темку увидел и прочитал...

[Openreel]

А что, ленты мастерингового уровня уже появились не в палец толщиной(меньше 55мк)?

Добавлено через 3 минуты

вроде самый простой способ компенсации щелевых потерь - конденсатор параллельно ГВ, т.е. образующий с ГВ колебательный контур. Обычно там 50-200 пФ.
и всего делов то...

Для таких компенисаторов самого простого УВ на П28 достаточно

С. Агеев же все разжевал давно и в рот положил, осталось тока проглотить...

Добавлено через 5 минут
Alex Красивая схема
Хоть в рамку и на стену и любуйся...

[Alex Nikitin]

при использовании УВ с катушечником - без этой компенсации не обойтись, раб. слой ленты толще.
и чем он толще - тем больше слойные потери при воспроизведении.

Слойные потери, насколько я помню, зависят от отношения длины волны записанного сигнала к толщине рабочего слоя ленты. Поэтому слойные потери на частоте, скажем, 10 кГц у кассетного аппарата (толщина слоя 5 мкм, скорость 4,76 см/сек) будут примерно такими же, как и у катушечника при скорости 19 см/сек и толщине рабочего слоя 20 мкм (толщина же рабочего слоя у катушечных лент где-то от 10 до 16 мкм). И компенсируют слойные потери (которые будут разными в зависимости от толщины рабочего слоя ленты) обычно при записи, а не при воспроизведении. Пожалуйста, покажите мне, пример УВ с компенсацией именно слойных потерь АЧХ сверх стандартной коррекции (ФЧХ - это другое дело). АЧХ УВ устанавливается по тест-ленте и должна быть стандартной.

Вот, кстати, подтверждение этого по Вашей же ссылке:

вот тут почитай: http://audio.utac.net/pg/TFR-tut/

Цитата:

Since we most commonly use an alignment tape to set the reproduce gain pot, we are not affected by changes in oxide thickness on the test tape. Jay McKnight has already taken care of that for us in setting his record level to give us the proper amount of flux for whatever coating thickness is on that specific piece of tape.

Алексей

[sia_2]

Слойные потери, насколько я помню, зависят от отношения длины волны записанного сигнала к толщине рабочего слоя ленты. Поэтому слойные потери на частоте, скажем, 10 кГц у кассетного аппарата (толщина слоя 5 мкм, скорость 4,76 см/сек) будут примерно такими же, как и у катушечника при скорости 19 см/сек и толщине рабочего слоя 20 мкм.

Это верно. И, учитывая значительно худшие параметры материала рабочего слоя катушечных лент, и приводит к тому, что правильно сделанный кассетник на более-менее приличных лентах работает лучше катушечника на 19.

На самом деле таких цепей нет практически во всех промышленных УВ.
.......
Компенсация слойных потерь имеет смысл не в плане коррекции АЧХ - для хорошей ГВ там нечего корректировать
.......
Алексей

И компенсируют слойные потери (которые будут разными в зависимости от толщины рабочего слоя ленты) обычно при записи, а не при воспроизведении.

А вот это - полный бред. При записи компенсируют только контактные ВЧ потери, ВЧ потери в материале ГЗ и потери, вызываемые конечной шириной зоны перемагничивания (аналогично щелевым потерям при воспроизведении). Слойные же потери (начинающиеся с 1,5-2 кГц для кассетной ленты при 4,76 см/с с ростом 6 дБ/октава) компенсируются именно при воспроизведении, для чего и служат пресловутые постоянные времени (70/120 мкс). Без компенсации слойных потерь УВ был бы чистым интегратором практически до конца рабочего диапазона частот (где уже надо компенсировать щелевые и контактные потери ГВ). От качества ГВ именно слойные потери не зависят, это чисто геометрический эффект, определяемый соотношением толщины рабочего слоя, профилем его магнитных свойств в направлении "от головки" и скорости ленты.
Подстройка АЧХ УЗ на средних частотах, которую иногда ошибочно называют "компенсацией слойных потерь", в действительности предназначена для компенсации РАЗНОСТИ слойных потерь в используемой ленте и эталонной (тестовой), по которой настраиваются УВ.

Пожалуйста, покажите мне, пример УВ с компенсацией именно слойных потерь АЧХ. АЧХ УВ устанавливается по тест-ленте и должна быть стандартной.

ВСЕ УВ, имеющие ВЧ постоянную времени (120/90/70/50/35/18 мкс в зависимости от скорости) имеют тем самым компенсацию слойных потерь. Без этой компенсации не получить ровную АЧХ при калибровке по стандартной тест-ленте, имеющей выше сотен герц равномерную АЧХ именно по намагниченности (а не по потоку короткого замыкания).

[Alex Nikitin]

ВСЕ УВ, имеющие ВЧ постоянную времени (120/90/70/50/35/18 мкс в зависимости от скорости) имеют тем самым компенсацию слойных потерь. Без этой компенсации не получить ровную АЧХ при калибровке по стандартной тест-ленте, имеющей выше сотен герц равномерную АЧХ именно по намагниченности (а не по потоку короткого замыкания).

Сергей, легко показать, что компенсация слойных потерь в этой ситуации частичная и неточная. Да, значительная часть слойных потерь компенсируется стандартной коррекцией, но они не совпадают - не только полностью, но даже и в сколько-нибудь аккуратной форме во многих случаях. Если говорить, что стандартная коррекция компенсирует слойные потери, то тогда любой УВ имеет эту компенсацию просто по факту наличия стандартной коррекции, но никак не "специальную коррекцию для компенсации слойных потерь". Ты как-то не ответил в другой ветке на моё замечение о том, что толщина рабочего слоя у нормальных и хромовых лент одинаковая, а применяемые постоянные времени коррекции разные. Да и в других случаях применяются разные постоянные времени коррекции для одних и тех же условий возникновения слойных потерь. Так что я не могу согласиться с таким подходом - это противоречит практике применения коррекции, насколько я могу видеть. Я могу понять идею фазовой коррекции в УВ, поскольку слойные потери не связаны с фазовым сдвигом, но всё же нельзя стандартную коррекцию АЧХ в УВ сводить только к компенсации слойных потерь.

Алексей

[straus]

Пока выкладываю только схему и результаты первых измерений.

Леша, у тебя BSP129 нарисован на схеме как с индуцированным каналом, но транзисторы с ИК в таком включении работать не будут. Я так понимаю, что в реальности он со встроенным каналом?

[Alex Nikitin]

у тебя BSP129 нарисован на схеме как с индуцированным каналом, но транзисторы с ИК в таком включении работать не будут. Я так понимаю, что в реальности он со встроенным каналом?

Разумеется . Ну нет другого символа в LTSpice, а рисовать лень.

Добавлено через 17 минут

Подстройка АЧХ УЗ на средних частотах, которую иногда ошибочно называют "компенсацией слойных потерь", в действительности предназначена для компенсации РАЗНОСТИ слойных потерь в используемой ленте и эталонной (тестовой), по которой настраиваются УВ.

Более аккуратно, на мой взгляд, можно сказать, что в УЗ компенсируется, помимо прочего, разница между стандартной коррекцией и слойными потерями конкретной ленты. Поэтому я и говорю, что компенсация "индивидуальности" слойных потерь - как раз в УЗ.

Алексей

P.S. - Уговорил, straus, отредактировал схему

P.P.S. - добавил немного по поводу щелевых потерь, а то мы тут всё на слойных сосредоточились. Не надо забывать, что это - УВ "выходного дня", который можно собрать за несколько часов даже без печатки. А как он звучит, выяснится очень скоро... .

[AlexK.]

ВЧ подъем можно получить разорвав цепь C2 R4 и включив в разрыв паралельный LC контур, я так делал и в ветке про идеальный УВ это есть.
Последняя схема на трех транзисторах.

Для металических голов желательно...

[intell]

Господа, опять возникла путанница в понимании процесса магнитной записи.
Я опишу то что считаю правильным:

Если бы не было стандартной коррекции (18.5,35,50,70,90,120,3180 мкс) то задача УЗ и ГЗ была бы в обеспечении одинаковой намагниченности ленты для всех рабочих частот (в т.ч. и вглубину раб. слоя).

Тогда задачей УВ было бы компенсировать контактные, слойные и щелевые потери _воспроизведения_ (про слойные действительно непонятка, похоже что их компенсацию распределяют на запись, т.к. при воспроизведении измерительных лент толщиной 55 и 35 мк разницы нет).

Стандартную коррекцию же вводят для оптимизации реальной перегрузочной способности и отношения сигнал шум.

[Alex Nikitin]

Вот я и послушал мой новый УВ, подключив его к Hitachi D-909 - точнее, только к ГВ и механизму (и питание взял +14 В оттуда же). Работает он с МКФ головой отлично, без всяких проблем. Резонанс примерно на 28 кГц, и хорошо регулируется переменниками. Единственное, где я промахнулся, это с постоянной времени коррекции по низам - у Хитачи она нестандартная, 2200 мкс, чтобы скомпенсировать неравномерность головы по НЧ. У моего, со стандартными 3150 мкс, наблюдается некоторый подъём ниже 100 Гц (это видно на приложенных результатах проигрывания тест-ленты, первая картинка - оригинальный УВ, вторая - мой PBA2009). Поэтому пока есть разница в звучании, обусловленная этим - потом исправлю и сделаю несколько записей. Но в целом играет очень приятно, шумы с этой головой у моего УВ практически такие же, как и у родного Хитачевского УВ - при 120 мкс без ленты взвешенный шум около -64 дБ относительно DIN уровня (250 нВб/м) . Фона нет, несмотря на примитивное исполнение.

Алексей

P.S. - кстати, sia_2 несколько оптимистично оценил выход хитачевской ГВ. У меня получилось примерно 0,23 мВ на 400 Гц 250 нВб/м - в два раза меньше. На 1 кГц, да - около 0,5 мВ. Но это всё равно неплохо - например ферритовая ГВ с Kenwood KX-1060 имеет выход примерно 0,18 мВ на 400 Гц 250 нВб/м .

[sia_2]

Сергей, легко показать, что компенсация слойных потерь в этой ситуации частичная и неточная. Да, значительная часть слойных потерь компенсируется стандартной коррекцией, но они не совпадают - не только полностью, но даже и в сколько-нибудь аккуратной форме во многих случаях. Если говорить, что стандартная коррекция компенсирует слойные потери, то тогда любой УВ имеет эту компенсацию просто по факту наличия стандартной коррекции, но никак не "специальную коррекцию для компенсации слойных потерь".

Для тех, кто в танке.
1. То, что слойные потери возникают именно при воспроизведении, а не при записи - см. любую нормальную монографию по магнитной записи. Кронеса, Вестмайзе и т.п.
2. Критическая частота слойных потерь для кассетного магнитофона составляет примерно 1.3 - 1.6 кГц, т.е. на 20 кГц только слойные потери (без учета контактных и щелевых) превышают 20 дБ. Именно их и компенсируют "постоянной времени". В УВ. В то же время разброс величины именно слойных потерь для разных пар "лента-ГВ" не превышает 2-3 дБ. А вот этот разброс, и то при необходимости - правят в УЗ.
3. Я как раз еще в статье про УВ и писал, что аппроксимация АЧХ слойных потерь одиночной RC-цепью адекватна только в первом приближении, детальная форма перегиба АЧХ там другая в силу иной физической природы явления. Расхождение составляет примерно 1.7 дБ, что меньше типового допуска 3 дБ и потому в 95% случаев игнорируется.
В моих УВ это обстоятельство, естественно, учтено - иначе не получить АЧХ с точностью лучше 1 дБ.

Ты как-то не ответил в другой ветке на моё замечение о том, что толщина рабочего слоя у нормальных и хромовых лент одинаковая, а применяемые постоянные времени коррекции разные. Да и в других случаях применяются разные постоянные времени коррекции для одних и тех же условий возникновения слойных потерь.

Условия-то как раз в действительности-то и разные, просто в "помойках интернета" об этом ничего не написано.
Дело в том, что геометрическая толщина рабочего слоя однозначно определяет величину слойных потерь только при однородных по толщине магнитных свойствах. Однако в современных кассетных и видеолентах это далеко не так, даже при "однослойной" конструкции рабочего слоя - как минимум, поверхностный слой имеет бОльшую удельную намагниченность за счет уплотнения при каландровке и лучшей ориентации.
Внедрение этих технологий по времени примерно совпало с началом производства хромовых и псевдохромовых лент, соответственно, и появилась необходимость в изменении постоянных времени - т.к. уменьшилась эффективная толщина рабочего слоя при сохранении "геометрической".

Так что я не могу согласиться с таким подходом - это противоречит практике применения коррекции, насколько я могу видеть. Я могу понять идею фазовой коррекции в УВ, поскольку слойные потери не связаны с фазовым сдвигом, но всё же нельзя стандартную коррекцию АЧХ в УВ сводить только к компенсации слойных потерь.

Никаких противоречий нет, "стандартная" коррекция АЧХ в УВ как раз и предназначена для компенсации слойных потерь в СТАНДАРТНОЙ (эталонной) ленте. При этом корректируется (и то зачастую не очень точно) только АЧХ. Коррекцию ФЧХ при этом в аудиомагнитофонах никто не обещал, хотя примеры реализации коррекции ФЧХ известны давно и испокон веку применяются в аппаратуре точной магнитной записи (магнитографах) и каналах воспроизведения магнитной записи цифровых сигналов.
Далее, почти в любом реальном УВ, кроме "стандартной" коррекции, применяется коррекция неидеальности собственно ГВ - коррекция щелевых и контактных потерь на высокочастотном конце рабочего диапазона частот. Величина этой коррекции при качественных ГВ не превышает 6...8 дБ (у лучших ГВ - всего 1,5...3 дБ) и в кассетных магнитофонах по величине значительно меньше, чем "стандартная" компенсация слойных потерь (20-24 дБ).

Offтопик:
Если и в таком изложении непонятно, могу лишь порекомендовать заново изучить теорию магнитной записи по первоисточникам, тогда не будет путаницы в мыслях. Часть ссылок есть в моей статье про УВ.

P.S. - кстати, sia_2 несколько оптимистично оценил выход хитачевской ГВ. У меня получилось примерно 0,23 мВ на 400 Гц 250 нВб/м - в два раза меньше.

Если Вы внимательно прочтете, увидите, что там речь о MIG головке, но она шла, похоже, только в один аппарат. В D909 стоит голова попроще, не MIG.

[EDDiE]

Однако в современных кассетных и видеолентах это далеко не так, даже при "однослойной" конструкции рабочего слоя - как минимум, поверхностный слой имеет бОльшую удельную намагниченность за счет уплотнения при каландровке и лучшей ориентации.
Внедрение этих технологий по времени примерно совпало с началом производства хромовых и псевдохромовых лент, соответственно, и появилась необходимость в изменении постоянных времени - т.к. уменьшилась эффективная толщина рабочего слоя при сохранении "геометрической".

Значит, на нынешних МЛ, например, TDK D, где толщина слоя стала ещё меньше из-за другой технологии (напыление) опять назрела необходимость менять постоянные времени цепей коррекции?

[sia_2]

Значит, на нынешних МЛ, например, TDK D, где толщина слоя стала ещё меньше из-за другой технологии (напыление) опять назрела необходимость менять постоянные времени цепей коррекции?

Нет, разве что только тонкая подстройка не больше, чем на 1-2 дБ для получения точной АЧХ при записи. Эффективную толщину слоя изготовители держат достаточно точно, в пределах 5...10%, т.к. для АЧХ важна именно она, а не "геометрическая". Более того, ее можно сделать неодинаковой для разных длин волн и тем самым сформировать желаемый ход АЧХ ленты. Конструктивно-технологических трюков в изготовлении магнитных лент очень много, так что это (в определенных пределах, конечно) не проблема.

[killhumax]

Алексей а есть смысл поменять входные на сборку 2SK389 ? В симе вроде прокатывает. Да и пара полевиков там подобранная идентичная.

Offтопик:
P.S( Один транзистор из пары на вход, а второй - в динамическую нагрузку? Из письма А. Никитина . )Как оказывается не прокатывает из за большой емкостной связью между полевиками, выражается это в сильном завале АЧХ на высоких частотах от 10 кГц. . Они находятся на одной подложке. Спасибо Алексею.

[Alex Nikitin]

1. То, что слойные потери возникают именно при воспроизведении, а не при записи - см. любую нормальную монографию по магнитной записи. Кронеса, Вестмайзе и т.п.

Это совершенно понятно и вроде я на эту тему ничего не писал .

2. Критическая частота слойных потерь для кассетного магнитофона составляет примерно 1.3 - 1.6 кГц, т.е. на 20 кГц только слойные потери (без учета контактных и щелевых) превышают 20 дБ. Именно их и компенсируют "постоянной времени". В УВ. В то же время разброс величины именно слойных потерь для разных пар "лента-ГВ" не превышает 2-3 дБ. А вот этот разброс, и то при необходимости - правят в УЗ.

Опять-таки, нет никаких возражений.

3. Я как раз еще в статье про УВ и писал, что аппроксимация АЧХ слойных потерь одиночной RC-цепью адекватна только в первом приближении, детальная форма перегиба АЧХ там другая в силу иной физической природы явления. Расхождение составляет примерно 1.7 дБ, что меньше типового допуска 3 дБ и потому в 95% случаев игнорируется.
В моих УВ это обстоятельство, естественно, учтено - иначе не получить АЧХ с точностью лучше 1 дБ.

Почему же тогда нет такого расхождения при проигрывании тест-лент? Точнее, есть, но разное для разных тест-лент. Похоже, есть разные подходы к этому моменту. Насколько я понял, есть методы определения стандартной АЧХ, исходя из "стандартной ГВ + стандартного УВ", и есть - исходя из физических основ.

Сергей, у меня нет никаких проблем с пониманием физических процессов. Вот конкретный подход к применению стандартов на практике - это другое дело. Скажем, для катушечников существуют разные стандарты по постоянным времени - для тех же лент и тех же скоростей. Как мы уже договорились раньше, УВ+УЗ должны иметь плоскую характеристику при проигрывании стандартной тест-ленты. Как именно получается эта характеристика, это второй вопрос . Любые же отклонения АЧХ сквозного канала для конкретной ленты компенсируются в УЗ, не так ли? Ничто не мешает мне сделать произвольную (в разумных пределах) коррекцию в УВ и скомпенсировать её в УЗ для получения плоской результирующей характеристики - это не будет оптимальным вариантом, я проиграю по шумам/искажениям/перегрузочной способности, но работать это будет. Нередко делали фабричные записи на хромовой ленте с постоянной времени 120 мкс, возможность произвольно изменять постоянную времени коррекции для любого типа ленты есть на многих Наках и на Ревоксах. Это не значит, что это абсолютно правильно, но это возможно и работает.

Если Вы внимательно прочтете, увидите, что там речь о MIG головке, но она шла, похоже, только в один аппарат. В D909 стоит голова попроще, не MIG.

По ссылке речь шла именно о D909 . Кстати, в плане АЧХ всё точно - подъёма на ВЧ этой голове не требуется вообще - до, как минимум, 18-19 кГц. И по описанию, там именно MIG голова.

Алексей

[AXE]

По ссылке речь шла именно о D909 .

По поводу отдачи Сергей имел ввиду головку от D-2200M (мерили мы её, причем версию LE(на фото)). У неё она действительно выше, чем у 909 и нет никаких проблем в НЧ области. Аналогичные головы шли в Хитачи D-E99. В 909 стоит уже её “улучшенная” версия. В остальные деки (1100,3300,5500…) шли обычные из ИПФ (не MIG).