Навигация по сайту Моя кладовка

Обзор и доработка Top device TD 180/2.0

2
3
4

Часть 2. Усилитель.

Схема усилителя

Усилитель оказался не только хорошо сделан, но и хорошо спроектирован. Вот его схема с некоторыми упрощениями (не показаны цепи бесшумного включения-выключения усилителя мощности, питания светодиодов и разделения земли предусилителя и усилителя мощности (клик на картинке открывает ее в новом окне):

Схема лаконичная, и довольно оптимальная. Мне она (практически) понравилась - ничего лишнего, минимум межкаскадных конденсаторов (они установлены там, где действительно необходимы), развязки по питанию. Используется 2 шт. ОУ типа 4558 - вполне нормальные и достаточные для подобного устройства, усилитель мощности на микросхеме TDA7265. Несмотря на то, что это довольно ходовая микросхема для средних мультимедийных колонок, на мой взгляд, ее применение здесь неоправданно - она все же слабоватая и по мощности, и по качеству. Поскольку делается претензия на Hi-Fi, то и надо было ставить что-то лучшее. Например, очень хорошо бы сюда подошла TDA7294 или LM3886. И места в корпусе под эти микросхемы вполне достаточно.

Питание дает трансформатор габаритной мощностью ватт 30 (сердечник Ш16х32), этого достаточно. Но вот напряжение он выдает низкое - всего 2х14 вольт переменки. Выпрямленное получаем 2х17,7 вольт, так что ни о каких 30 Вт на канал говорить не приходится (если бы напряжение питания не "проседало" под нагрузкой, и падение напряжения на выходниках мощника было бы равно нулю, то даже в этом случае на колонках сопротивлением 6 Ом получили бы максимальную мощность 26 Вт!). От силы можно получить 10...15 Вт на канал при таком питании.

Конденсаторы фильтра 4700 мкФ - довольно хорошо (если усилитель ставят внутрь колонок, то чаще используют 2200 мкФ), но можно и больше. После фильтра идет стабилизатор на 12 вольт для питания ОУ. Каждый из операционников питается через свой фильтр, что снижает их взаимное влияние (хотя емкости этих фильтров можно было бы взять и побольше). Параллельно электролитам в питание включены керамические конденсаторы, помогающие электролитам работать на частотах выше 4...6 кГц, где те уже не справляются. Правда керамика довольно посредственная (см. Сравнение: конденсаторы для усилителей) и вносит некоторые искажения, но их незаметно на фоне электролитов (которые "берут на себя" почти весь сигнал) и не очень высококачественной микросхемы. Интересно, что в питание микросхемы мощника включены конденсаторы 220 мкФ, установленые рядом с нею. В принципе, без них можно было и обойтись, но с ними чуть-чуть (исчезающе мало), но лучше. Непонятно - то ли разработчики применили здесь "правило хорошего тона", расположив конденсаторы на минимальном расстоянии, то ли разрабатывали эту часть саму по себе, взяли схему из даташита, там конденсаторы указаны, значит и сюда надо ставить. И даже и не подозревали, что конденсаторы основного фильтра - вот они, рядом.

Понравилась разводка земли. Например, земля предусилителя отделена от земли наушников и темброблока и от земли мощника. В мощнике отдельные проводники используются для питания, отдельные - для сигнала. ЗЕмли каждой из колонок проведены в общую точку отдельными проводниками. Такое решение нормально для качественной аппаратуры, а в дешевой - встречается редко.

Первый ОУ усиливает сигнал примерно в 2,5 раза. На его вход сигнал подается с разъемов через резисторы 1 кОм. При этом, если включить сразу два источника сигнала, то их сигналы суммируются, но источники влияют друг на друга. Но реально это влияние исчезающе мало, а плюсом такого решения (помимо максимальной простоты) является то, что один из входов может служить выходом, когда сигнал "проходит насквозь"! Т.е. к "тюльпану" подключили выход звуковухи, а в "джек" воткнули вход сабвуфера, и сигнал со звуковой карты воспроизводится устройством и передается дальше на саб. Правда регулировать громкость саба можно будет только звуковой картой. На входе установлены конденсаторы С120, С121 емкостью 330 пФ, которые фильтруют ВЧ помехи. А вот конденсаторы С100, С101, предназначенные для защиты входа от попадания туда постоянного напряжения, имеют емкость слишком маленькую. Другая функция этих конденсаторов - подавление инфранизких частот (сабсоник-фильтр) - тоже вещь нужная и полезная, особенно принимая во внимание, что колонки имеют фазоинвертор, на который не стОит подавать сигнал ниже частоты его настройки. Но все же емкость маловата. С такой емкостью - 0,1 мкФ - частот среза входного фильтра около 35 Гц.

С выхода первого ОУ сигнал (без разделительных конденсаторов) идет на регулятор громкости, а с него на вход второго ОУ, включенного повторителем. Он выполняет две функции - отделяет регулятор громкости от темброблока и выдает сигнал на наушники. Интересно, что ко входу этого второго ОУ подключен постоянный резистор, соединенный с "землей". Это редкое для дешевой техники решение, направленное на уменьшение хрипов при вращении ручки регулировки громкости при износе переменника. С выхода ОУ сигнал через низкоомный резистор (для защиты от КЗ? - да и то вряд ли) идет на разъем наушников. Разъем имеет внутри контакты, которые размыкаются, если в разъем вставить штеккер. Тогда сигнал дальше не идет, и колонки при включении наушников замолкают. Огорчает, что микросхема 4558 не позиционируется как имеющая большой выходной ток и способная работать на низкоомную нагрузку. Так что вполне возможно, что при подключении низкоомных наушников (мои имеют 300 Ом) звук будет не очень хорошим.

С выхода микросхемы сигнал идет на темброблок и одновременно на делитель из двух резисторов по 20 кОм, а потом переключатель задает, что именно попадает на выход. Если сигнал снимаем с темброблока, то он (темброблок) задействован. Если с делителя - то получается "обход" темброблока. Делитель нужен, чтобы уровнять уровни сигнала (пассивный темброблок ослабляет сигнал), он ослабляет сигнал в 3 раза (с учетом входного сопротивления TDA7265, равного 20 кОм). С темброблока сигнал снимается немного нетрадиционно, но так можно. А вот номиналы деталей - странноватые, явно не обошлось без "китаизма".

С переключателя сигнал поступает на микросхему мощника. Здесь уже есть разделительный конденсатор, и он здесь нужен и емкость его вполне нормальная. И в который раз встречается конденсатор 330 пФ, подавляющий ВЧ помехи! Похоже, что на нем зациклились! Схема включения TDA7265 стандартная, чуть-чуть отличаются номиналы деталей, но это абсолютно неважно.

Вот и все. Просто и со вкусом. И не без некоторой шизы, но в меру.

 

Параметры усилителя

Начнем с мощности. Вот осциллограммы выходного напряжения усилителя на активной нагрузке 6 Ом (сопротивление колонок по постоянному току 5 Ом, отсюда я вывел их импеданс 6 Ом). Слева частота 1 кГц, справа - 20 кГц:

Обратите внимание на чистое ограничение. Уровень ограничения в обоих случаях одинаков (что тоже хорошо) и равен 13,8 вольт. Считая это значение максимумом, можно определить максимальную выходную мощность - 15 Вт. А не 30, как по паспорту! Что сделаешь - Китай!

Раз уж мы подключили осциллограф и смотрим максимальные сигналы, давайте глянем и на блок питания - хватает ли конденсаторов фильтра. Снова подаем сигнал большой амплитуды, но на этот раз все внимаение на напряжение питания (красная линия на осциллограмме). Цифрами внизу указан размах напряжения питания р-р, т.е. величина пульсаций. Левый рисунок - частота сигнала 1 кГц, правый - 80 Гц.

Пульсации вполне допустимы, хотя и хотелось бы поменьше. На левом графике хорошо видно, как при увеличении напряжения питания (красная линия) растет и максимальная амплитуда выходного сигнала (синяя линия) - у "синей полосы" получились неровные края (это не муар осциллограммы - это проявление пульсаций!). Максимальные пульсации получились порядка 2,2 вольта (в плече) - коэффициент пульсаций порядка 0,12. В принципе нормально.

Теперь разберемся, почему левый канал играет громче. Коэффициент усиления усилителей обоих каналов практически одинаков и примерно равен 21,7 раз. Значит дело в регуляторе громкости. Вот зависимость уровня выходного сигнала обоих каналов в зависимости от положения регулятора громкости:

Видно, что при средней громкости левый канал громче, а при совсем малой - гораздо громче правый канал. Применяемые в устройстве потенциометры радиальной конструкции - резистивные подковки имеют разный диаметр и нанесены одна внутри другой. Такая конструкция (да еще с логарифмическим законом изменения сопротивления от угла поворота) имеет довольно большой разброс сопротивлений, особенно если резистор дешевый.

Теперь измерим АЧХ усилителя. Я это делаю по старинке - при помощи звукового генератора и вольтметра переменного тока. График слева - регуляторы тембра в среднем положении, при этом "обход" темброблока применяется (синяя линия) и не применяется (красная). Правый график - темброблок включен и регуляторы установлены в положение максимального подъема АЧХ и максимального спада АЧХ (масштаб графиков по вертикали в дБ, на правом рисунке даны изменения усиления относительно усиления на частоте 1 кГц):

Сразу можно сделать множество выводов.

1. АЧХ имеют завал на низких - отсюда их маловато в звуке.

2. При включенном темброблоке и регуляторах, установленных в среднее положение, на частоте 200 Гц начинается провал. Видимо родные колонки немного бубнят, поэтому когда темброблок включен, провал АЧХ уменьшает бубнение. Подъем в районе 2 кГц "приподнимает" средние, которых в родных колонках немного не хватает. В результате кривая АЧХ усилителя "исправляет" кривизну колонок, поэтому с отключенным "обходом" звучание мне понравилось больше.

3. На ВЧ есть небольшой завал, но малозаметный (~1,5 дБ на 20 кГц). Более высокие частоты завалены сильнее - это предохраняет усилитель от перегрузки ульразвуковыми частотами, что в общем неплохо.

4. При подъеме высоких частот регулятором тембра в действительности поднимаются не только высокие, но и средние. Отсюда и неприятное звучание.

 

Искажения усилителя

Искажения усилителя измерялись на активной нагрузке 6 Ом в каждом из каналов. И входной сигнал подавался на оба канала сразу - таким образом блок питания получал полную нагрузку и его влияние на сигнал полностью учитывалось.

1. Выходное напряжение 2 вольта (амплитудное значние), что соответствует выходной мощности 300 мВт, на которой обычно негромко слушают компьютерные колонки. Включен "обход" темброблока:

Искажения малы, а вот помехи с частотами, кратными сетевой, довольно большие, из-за них отношение сигнал/шум получается довольно слабым - всего 56 дБ. Хотя для компьютерных колонок - вполне сойдет. Зачастую, если электронные потроха находятся внутри колонки, получается хуже.

2. Выходное напряжение 12 вольт (амплитудное значние), что соответствует выходной мощности 12 Вт, это практически максимум для усилителя. Включен "обход" темброблока:

Отчетливо видны многочисленные гармоники. А что делать - работаем на пределе возможностей. И все же микросхема TDA7265 довольно неплохая - искажения вполне приемлимы.

3. Выходное напряжение 12 вольт (амплитудное значние), но частота уже 10 кГц. Режим "обхода":

Искажения растут с ростом частоты (что неудивительно), но все еще в пределах приличия. Для такого устройства - очень даже нормально.

4. Повторяем то же самое, но с включенным темброблоком. Регуляторы в среднем положении:

Искажения практически не растут, по идее так и должно быть.

5. На частоте 10 кГц и регуляторы тембра в положении максимального подъма АЧХ:

Тут изменения больше, но все еще неплохо.

6. Для лучшей оценки линейности посмотрим интермодуляционные искажения. На выходе те же 12 вольт амплитуды (суммарного сигнала), тембр "обходим". Сначала стандартное измерение:

Очень хорошо! Но мне стандартный способ измерения не очень нравится - уж очень он "щадящий". Его приняли под давлением производителей, желающих получить красивые цифры в рекламных целях. Поэтому проведем

7. жесткий тест на IMD (условия те же):

Я не гарантирую, что "Спектралаб" понимает, как правильно вычислить IMD в этом случае (поскольку задавались произвольные частоты 18 и 19 кГц), но похоже, что все посчитано верно. Тест показал, что даже на таких высоких частотах усилитель довольно линеен. Далеко не всякий советский усилитель 80-х годов на такое был способен.

 

Собственный шум, наводки и пульсации напряжения питания.

Измерения при отключенном входном кабеле:

Шум довольно маленький - шумовая полка низкая. А вот составляющие с частотой кратной 50 Гц довольно велики. Обычно нечетные гармоники - это наводки, а четные - пульсации двухполупериодно выпрямленного напряжения питания. Проверяем - с ростом выходной мощности пульсации должны расти:

Нечетные гармоники не изменились, а четные - растут. Точно, пульсации. Они сравнительно невелики - значит емкости конденсаторов фильтра в общем-то достаточно, как мы уже видели.

 

Тепловой режим.

В усилителе примнен настоящий (из алюминиевого проката) радиатор, что тоже довольно необычно - в моем недешевом ресивере "Пионер" и то радиатор сделан из алюминиевой пластины с приклепанными к нему ребрами - так дешевле. При длительной работе на холостом ходу (пока измерялись АЧХ) нагрев такой:

После 20-ти минутной работы на нагрузку 6 Ом обоих каналов на такой большой громкости, что происходил клиппинг:

В результате температурный режим стал следующим (верхняя крышка снята):

Очень даже неплохо! Но не закрывайте вентиляционные отверстия, и не ставьте усилитель "на брюхо".

 

Доработка.

Даже если вы не собираетесь что-то дорабатывать, то все равно стОит почитать дальше - там подробнее разбираются "за" и "против" дорабатываемых блоков.

Надо сказать, что дорабатывать здесь практически нечего. За исключением пары случаев, остальная доработка дает очень маленькие результаты. Я опишу ее, но ждать, что получится что-то очень заметное не стОит.

 

1. Первая, самая существенная доработка - исправление кривой АЧХ темброблока. Для такого темброблока сопротивление источника сигнала должно быть намного меньше, чем сопротивление потенциометров, а сопротвление нагрузки - намного больше. Первое условие хорошо выполняется, благодаря буферу на ОУ, а вот второе не выполняется вовсе - входное сопротивление микросхемы даже меньше, чем сопротивления потенциометров регулятора. У меня такое подозрение, что разрабатывали все под низкоомные потенциометры, а потом поставили какие были (50 кОм вместо пяти). По хорошему, следовало бы изменить все номиналы элементов - они зависят от сопротивления потенциометров, и явно неоптимальны. Но мне не хотелось много перепаивать, поэтому я внес наиболее существенное изменение - изменил емкости конденсаторов (одного вдвое, а другого - втрое!). Устанавливаем: С208,214 = 0,1 мкФ; С206,212 = 8,2 нФ = 8200 пФ. Надо отметить, что конденсаторы должны стоять не вплотную к плате, а на расстоянии 3...5 мм от нее - возможно при установке платы на место их придется подогнуть.

2. Вторая важная доработка - устранение спада на НЧ. Для этого вместо входных С100,101 устанавливаем К73-17 0,22...0,33 мкФ. Если усилитель будет работать с родными колонками, то все же лучше взять меньшее значение - колонки работают от 60 Гц (частота настройки ФИ = 70 Гц, нижний максимум импеданса - 53 Гц, т.е. ниже 50 Гц уже не играют вообще) и не нужно их перегружать басами, которые они в принципе не смогут воспроизвести.

Вот что получается после доработки (С100,101 = 0,33 мкФ):

Как видите, АЧХ темброблока улучшилась, и теперь им можно пользоваться - его влияние невелико, и сильно "накрутить частоты", чего очень не любят аудиофилы, невозможно. А небольшая коррекция на условия работы и личные вкусы - пожалуйста, тем более, что тонкомпенсация в регуляторе громкости отсутствует.

ВНИМАНИЕ! Не выбрасывайте сразу конденсаторы 0,1 мкФ, которые вы выпаяли со входа! Похоже спад на НЧ был специально задуман, чтобы не перегружать колонки басами - они их нормально воспроизводить категорически отказывается! Возможно вам не понравится, как они теперь звучат (очень тяжело, гулко и не очень приятно; нормальных басов при этом все равно нет) на низких, тогда вернете конденсаторы обратно.

Мне начинает думаться, что и "кривой" темброблок сделан неслучайно - быть может, его АЧХ подстраивали к АЧХ колонок.

 

Дальше идут доработки, которые в принципе-то делают лучше, но результаты которых вы можете и не услышать.

3. Доработка блока питания. Максимальное напряжение питания микросхемы = 25 вольт, а подается на нее всего 17. Положение можно слегка улучшить, если вместо обычных диодов в выпрямитель поставить диоды Шоттки. Это делается не из аудиофильских побуждений - просто прямое падение напряжения на диоде Шоттки намного меньше. Значит, больше напряжения достанется микросхеме (примерно на 1...1,5 вольта под нагрузкой), что позволит чуть-чуть увеличить максимальную выходную мощность. Диоды должны иметь обратное напряжение не менее 40 В и прямой ток не менее 5 ампер. Хорошо подойдут, например, SR504...506 (у них такой же корпус, как и у родных). Можно еще увеличить емкость конденсаторов фильтра питания, но на плате места нет, максимум, что возможно - вместо 220 мкФ возле микросхемы мощника поставить 1000 мкФ 25В. Результат не стОит затраченных усилий, но на полкопейки станет лучше.

4. Доработка усилителя наушникиков. RC-фильтры в питании ОУ имеют маловатую емкость - 22 мкФ. Если подключить низкоомные наушники, потребляющие приличный ток, то просадки питания ОУ выходят довольно значительными. Вот какую форму имеет напряжение питания ОУ при подключении 16-ти омных наушников (громкость на мой вкус великовата, но народ иногда еще громче слушает):

Вполне приличные пульсации. Если заменить конденсаторы С201,204 на 100...220 мкФ 16 В, то станет немного лучше. Только им нужно оставть довольно длинные выводы - если плата не будет вставать на место, конденсаторы нужно будет чуть-чуть подогнуть. Раз пошла такая пьянка, то и конденсаторы в фильтре питания 1-го ОУ тоже хорошо бы заменить - довольно заметные пульсации проникают и туда.

5. Экранирование трансформатора. Оно уменьшит поля рассеяния трансформатора. Несмотря на то, что фона от наводок и пульсаций не слышно, мой усилитель влияет на расположенный рядом ЭЛТ монитор. Для экранирования можно использовать жесть. из которой делается что-то вроде коробочки и ею накрывается трансформатор. Экран прикручивается к корпусу - там даже есть к чему.

 

Выводы.

Усилитель системы довольно хороший, как я и ожидал. Если подходить строго - то это все же очень начальный уровень, но уровень вполне честный. Всё, что он может дать, усилитель отдает. Косвенным подтверждением является тот факт, что в нем и дорабатывать почти нечего. А вот колонки по сравнению с ним - полный отстой. Но смысл покупать систему все же есть - так как усилитель вынесен в отдельный блок, к нему легко подключить другие, более приличные, колонки. В результате получится система более высокого класса (вы еще не забыли - при сравнении нескольких мультимедийных систем не было ни победителей, ни проигравших, все были примерно на равных). Т.е. те колонки играют не лучше, но в них усилитель встроен, и поменять колонки, оставив усилитель, там уже не удастся.

2
3
4

 

05.08.2008

Счетчик 

Яндекс.Метрика