Чаще всего в каскадах регуляторов громкости высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры непосредственно в качестве регуляторов используются переменные резисторы, позволяющие постепенно или плавно изменять усиление сигнала. Однако нередко в ламповых усилителях НЧ применяются и ступенчатые регуляторы громкости, выполненные на постоянных резисторах и переключателях.
Самым простым и распространенным схемотехническим решением регулятора громкости лампового УНЧ при выборе плавной регулировки является введение потенциометра с переменным коэффициентом деления напряжения во входную цепь, в межкаскадную цепь или в цепь отрицательной обратной связи усилителя. Перемещением движка этого потенциометра и осуществляется непосредственно регулировка громкости. При этом в качестве регулировочного потенциометра рекомендуется использовать переменные резисторы с так называемой логарифмической характеристикой (характеристика типа В), чтобы обеспечивалось равномерное изменение громкости воспроизводимого сигнала при различных уровнях входных сигналов.
Регулятор громкости с плавной регулировкой при желании можно заменить регулятором со ступенчатой регулировкой. Для этого достаточно произвести соответствующую замену регулирующего элемента, то есть вместо потенциометра установить цепочку последовательно соединенных постоянных резисторов, количество которых и соотношение их номиналов определяет диапазон и закон регулирования.
При выборе схемы регулятора громкости не следует забывать о том, что человеческое ухо имеет различную чувствительность к сигналам разной частоты и громкости. На практике это явление проявляется в том, что при уменьшении громкости воспроизводимого звукового сигнала у слушателя создается впечатление изменения тембра звучания, которое выражается в кажущемся значительно большем уменьшении относительной громкости составляющих низших и высших частот по сравнению с сигналами средних частот. Поэтому в высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре применяются тонкомпенсированные регуляторы громкости, в которых при уменьшении громкости осуществляется необходимый подъем составляющих низших и высших частот для обеспечения равной громкости восприятия. С увеличением громкости требуемый подъем составляющих граничных частот уменьшается. Основу тонкомпенсированных регуляторов громкости обычно составляют потенциометры с одним или двумя отводами, к которым подключаются соответствующие RC-цепочки.
Обычно регулятор громкости используется для изменения уровня выходного сигнала УНЧ с минимальными вносимыми искажениями. При этом чаще всего в качестве такого регулятора применяется переменный резистор, включаемый либо на входе усилителя, либо между предварительным и оконечным каскадами. Вместо переменного резистора, как уже отмечалось, может использоваться и ступенчатый регулятор, выполненный на основе переключателя и кассеты резисторов с разным сопротивлением. Упрощенные принципиальные схемы простейших регуляторов громкости приведены на рис. 1.
Рис.1. Упрощенные принципиальные схемы регуляторов громкости
Чтобы предотвратить возможность перегрузки первой лампы усилителя при большой амплитуде входного сигнала, используется схема подключения регулятора громкости, изображенная на рис. 1, а. В этом случае переменный резистор применяется непосредственно в качестве нагрузки предыдущего устройства. Если же максимальная амплитуда входного сигнала мала, переменный резистор регулятора громкости можно установить в цепи управляющей сетки одного из последующих усилительных каскадов, как показано на рис. 1, б. Преимуществом такого подключения является ослабление воздействия внешних помех, так как на регулятор подается полезный сигнал, уже усиленный до необходимого уровня.
Регулировка уровня громкости в ламповых УНЧ может осуществляться и с помощью специальных каскадов, в которых обеспечивается изменение крутизны характеристики лампы. Принцип действия таких регуляторов громкости основан на том, что при использовании в усилительном каскаде лампы с большим внутренним сопротивлением усиление такого каскада будет пропорционально крутизне ее характеристики (S). Поэтому при использовании лампы с переменной крутизной характеристики для изменения усиления каскада достаточно переместить рабочую точку на участок с другой величиной крутизны. Изменение положения рабочей точки и, соответственно, коэффициента усиления может осуществляться разными способами, например изменением величины напряжения смещения или напряжения на экранной сетке лампы. Упрощенные принципиальные схемы таких регуляторов громкости приведены на рис. 2.
Рис.2. Упрощенные принципиальные схемы регуляторов громкости с изменением крутизны характеристики лампы
Необходимо отметить, что рассмотренные регуляторы громкости, в которых используется принцип изменения крутизны характеристики лампы, могут применяться лишь в первых каскадах УНЧ при относительно малых амплитудах входного сигнала (не более 200 мВ). При более высоких уровнях входного сигнала могут возникнуть значительные нелинейные искажения, вызванные криволинейностью динамической характеристики.
Для регулировки громкости в ламповых усилителях низкой частоты нередко используются регуляторы, которые обеспечивают компенсацию низких частот при малых уровнях входного сигнала. Принципиальная схема одного из таких регуляторов приведена на рис. 3.
Рис.3. Принципиальная схема регулятора громкости с компенсацией низких частот при малых уровнях входного сигнала
На вход каскада подается входной сигнал с фиксированным подъемом уровня низших частот воспроизводимого диапазона. Этот уровень определяется величинами сопротивлений резисторов R1, R2 и R3, образующими входной делитель, а также значением емкости конденсатора С2. С выхода регулятора в цепь сетки лампы через делитель, образованный элементами R7 и С2, поступает сигнал обратной связи. Чем выше уровень громкости, тем значительнее и обратная связь. Величина сопротивления резистора R7 определяет соотношение ослабления низших частот в цепи обратной связи к подъему этих частот во входной цепи. В идеальном случае подбором сопротивления резистора R7 следует добиться того, чтобы ослабление низших частот в цепи обратной связи было равно их подъему во входной цепи. В этом случае форма частотной характеристики сигнала на выходе каскада будет близка к линейной. Приведенные на рис. 3 номиналы элементов рассчитаны на использование одного из триодов лампы 6Н2П.
При уменьшении громкости сигнала с помощью потенциометра R6 уменьшается и значение обратной связи, однако фиксированный подъем низших частот остается прежним. В результате уровень низших частот в выходном сигнале возрастает. При очень малых значениях громкости обратная связь практически отсутствует, а характеристика каскада определяется только параметрами цепочки R1, R3 и С2. При этом подъем низших частот максимальный.
Одним из недостатков данной схемы является то, что триод включен перед регулятором громкости, поэтому при очень сильном входном сигнале он может перегружаться. Однако сигнал с входа подается на управляющую сетку лампы через делитель, который даже на частоте 50 Гц обеспечивает ослабление более чем в 4 раза. Вследствие этого данная схема может работать без искажений при уровне входного сигнала до 4-5 В. Также необходимо отметить, что рассматриваемая схема чувствительна к уровню фильтрации анодного напряжения, поэтому применение фильтра R8C5 в цепи питания анода лампы является обязательным.
При конструировании лампового УНЧ радиолюбители нередко ставят перед собой задачу включения в его состав каскада, с помощью которого можно регулировать громкость дистанционно. Применение в обычных регуляторах выносных пультов с размещенными в них потенциометрами вряд ли можно считать удачным решением, поскольку чаще всего такие пульты соединяются с усилителем с помощью длинных кабелей, что приводит к появлению весьма существенных искажений. Однако существуют разнообразные схемотехнические решения, обеспечивающие регулирование громкости на расстоянии, например, посредством изменения управляющего напряжения постоянного тока, при практическом отсутствии искажений. Принципиальная схема одного из вариантов регулятора громкости с дистанционным управлением приведена на рис. 4.
Рис.4. Принципиальная схема регулятора громкости с дистанционным управлением
Отличительной особенностью рассматриваемого регулятора является включение вместо катодного резистора триода усилительного каскада еще одного триода, который выступает в роли регулирующего элемента. При изменении величины постоянного отрицательного напряжения, подаваемого на сетку второго триода, изменяется величина его сопротивления. В результате меняется глубина отрицательной обратной связи для первого триода. Так, например, при возрастании внутреннего сопротивления второго триода отрицательная связь возрастает, а усиление первого триода снижается. В данной схеме импортный двойной триод типа ЕСС82 можно заменить, например, отечественной лампой 6Н1П.
В высококачественной ламповой звуковоспроизводящей аппаратуре широкое распространение получили регуляторы громкости с тонкомпенсацией. Необходимость применения таких регуляторов громкости объясняется тем, что чувствительность уха человека изменяется в зависимости от частоты и громкости воспринимаемого звукового сигнала. Так, например, лучшая чувствительность соответствует восприятию составляющих средних частот по сравнению с составляющими высших и особенно низших частот. Поэтому при уменьшении громкости у слушателя появляется субъективное ощущение, что одновременно уменьшается уровень составляющих высших и низших частот воспроизводимого диапазона. В результате проведенных в этой области исследований были составлены определенные зависимости, которые получили название кривых равных громкостей.
Чтобы при разных уровнях громкости все частотные составляющие воспроизводимого сигнала воспринимались одинаково, в высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре применяются регуляторы громкости, в которых при уменьшении громкости осуществляется необходимый подъем составляющих низших и высших частот, а с увеличением громкости подъем составляющих граничных частот уменьшается. Такие регуляторы называют тонкомпенсированными или частотно-зависимыми. Естественно, разработчики стремятся к тому, чтобы характеристики тонкомпенсированных регуляторов громкости были как можно ближе к кривым равной громкости.
Самым простым вариантом построения частотно-зависимого регулятора громкости является объединение непосредственно регулятора громкости и регулятора тембра с использованием спаренных переменных резисторов. Принципиальные схемы таких регуляторов громкости приведены на рис. 5, а и 5, б. Нередко в тонкомпенсированных регуляторах громкости используются потенциометры с одним или с двумя отводами, к которым подключаются соответствующие RC-цепочки. Принципиальная схема одного из вариантов такого регулятора громкости приведена на рис. 5, в.
Рис.5. Принципиальные схемы простых тонкомпенсированных регуляторов громкости
Токомпенсированный регулятор громкости может иметь и ступенчатую регулировку. К достоинствам таких регуляторов, помимо отсутствия потенциометра соответствующей конструкции, следует отнести возможность выбора значительно более широкого диапазона регулировки. Принципиальная схема одного из вариантов входного каскада лампового УНЧ с таким регулятором приведена на рис. 6.
Рис.6. Принципиальная схема тонкомпенсированного регулятора громкости со ступенчатой регулировкой
Тонкомпенсация в регуляторах громкости может быть реализована и с помощью специальных фильтров. Принципиальная схема регулятора с фильтром тонкомпенсации приведена на рис. 7.
Рис.7. Принципиальная схема регулятора громкости с фильтром тонкомпенсации
В рассматриваемой схеме фильтр тонкомпенсации представляет собой двойной Т-мост, коэффициент передачи которого для составляющих средних частот воспроизводимого диапазона меньше, чем коэффициент передачи для составляющих низших и высших частот. В режиме максимальной громкости движок потенциометра R4 должен находиться верхнем по схеме положении, при этом фильтр замкнут накоротко и не влияет на форму частотной характеристики. Для уменьшения громкости движок потенциометра R4 следует перемещать вниз, при этом уменьшается шунтирующее действие верхней части данного потенциометра на фильтр. В результате через фильтр начинают проходить составляющие определенных частот в соответствии с его частотной характеристикой. Поскольку составляющие средних частот ослабляются этим фильтром в большей степени, чем составляющие крайних частот, изменение частотной характеристики усилителя происходит по зависимости, близкой к кривым равной громкости. Потенциометр R4 должен иметь логарифмическую характеристику (тип В).
“Чем регулировать громкость?” - этот вопрос, в который раз стал ребром при изготовлении нового усилителя. Из множества вариантов я выбрал дискретный регулятор L-типа. Его достоинства общеизвестны – всего один контакт реле и пара резисторов в сигнальной цепи.
Схема регулятора приведена на рис.1. Диапазон регулировки ослабления от 0дБ до -62дБ разбит на 18 уровней. До -39дБ выбран шаг 3дБ, при больших ослаблениях шаг увеличивается. Практика показала, что 3дБ - достаточно плавное изменение громкости.
Рис. 1 принципиальная схема регулятора
Управление выполнено на микроконтроллере ATmega162. Современные микроконтроллеры семейства AVR допускают ток до 40мА на вывод, что позволило заметно упростить схему, подключив поляризованные реле непосредственно к выводам микросхемы. Большую часть времени контроллер находится в режиме глубокого сна (Power-down Mode). В этом режиме тактовый генератор остановлен, все узлы работают асинхронно, не создавая возможных наводок на сигнальные цепи. В активный режим контроллер переходит на время выполнения команды, по запросу прерывания от кнопок или фотоприемника.
Изменение громкости осуществляется либо кнопками SB1, SB5 на передней панели усилителя, либо с пульта ДУ. Кроме регулировки громкости, введен режим “Mute”, переключение входов, ступенчатое включение питания усилителя, гашение индикатора.
В режиме “Mute” громкость уменьшается на 7 уровней, индикатор начинает мигать.
Кнопка “Input” переключает входы по кругу. При однократном нажатии на кнопку на индикаторе в течении 3 секунд высвечивается номер текущего входа. Например “- - 1”. При повторном нажатии на кнопку в течении этих трех секунд, происходит переключение входа. В данной версии прошивки реализована коммутация двух входов с помощью одного реле (обычного типа, не поляризованного, на схеме не показано) с двумя группами переключающих контактов, подключенного к цепи Inp1 через транзисторный ключ, либо непосредственно при сопротивлении обмотки реле не ниже 150ом.
При нажатии на кнопку “Power”, срабатывает реле К1 (см. Фрагмент схемы БП усилителя), через 4 секунды включается реле К2 и ещЈ через 2 секунды громкость переключается с минимального уровня на уровень, отображаемый в данный момент индикатором. При выключении питания кнопкой “Power”, текущий уровень громкости и номер входа сохраняются в энергонезависимой памяти, включается реле минимального уровня громкости, выключаются реле питания усилителя К1, К2, на индикаторе, в разряде единиц, остается гореть десятичная точка – схема переходит в дежурный режим.
Гашение индикатора возможно только с пульта ДУ.
Прошивка контроллера понимает пульты ДУ работающие в так называемом NEC transmission format. Подробно об этом формате можно узнать из даташита на микросхему передатчика uPD6121. Формат NEC выбран, во-первых, по тому, что в нем работает пульт моего CD проигрывателя и я просто задействовал для управления усилителем неиспользуемые кнопки этого пульта. Во-вторых, команда формата NEC (в отличии, например от RC5) начинается с достаточно длинной стартовой посылки, длительностью 9ms. Этого времени достаточно для запуска тактового генератора и вывода контроллера из спящего режима.
Программа контроллера сделана “обучаемой”. Привязка пульта ДУ осуществляется следующим образом:
1.Подаем питание на контроллер, удерживая нажатой одну из кнопок SB1-SB5. При этом на индикатор выводится “- - P”.
2.“Стреляем” пультом в фотоприемник, удерживая нажатой соответствующую кнопку. Например, для привязки кнопки “Mute” пульта, удерживаем нажатой кнопку SB4. Если пульт работает в NEC формате, индикатор мигнет – кнопка успешно привязана. Аналогично привязываем остальные кнопки. Для привязки кнопки “гашение индикатора” необходимо удерживать нажатыми кнопки SB1 и SB5 (Tishe и Gromche)
3.Выключаем питание контроллера. Формат NEC достаточно распространен. Кроме пульта от CD проигрывателя, из оказавшихся под рукой, успешно привязались пульты от видеомагнитофона Toshiba и DVD плеера BBK. Конечно, вместо использования готового пульта, можно собрать свой, на базе упомянутой микросхемы uPD6121.
Конструктивно устройство выполнено на двух четырехслойных печатных платах - плате реле и плате управления, размерами 40х70мм и 30х70мм соответственно. Внутренние слои использованы в качестве земли. Плата реле размещается возле входа, а плата управления на передней панели
усилителя мощности. Для исключения образования земляной петли, земли каналов разделены и соединяются с корпусом усилителя через резисторы R19, R20 сопротивлением 10-100 ом. Земля цифровой части соединена с сигнальными землями и корпусом усилителя через резистор R39. Без этого соединения заметно возрастает уровень фона, наводимый на сигнальные цепи синфазной помехой от блока питания регулятора через емкость “обмотка-контакты” реле. Сопротивления резисторов R2 и R22 указаны с учетом входного сопротивления усилителя. “Проходные” резисторы R1, R21 я выбрал CADDOCK MK132, остальные SMD1206. Фотоприемник, любой, на частоту несущей 38кГц. Семисегментные индикаторы должны быть с общим анодом.
По звуку этот регулятор оказался заметно лучше проволочного резистора СП5-21 , который использовался у меня как временный вариант. С более серьезными “переменниками” непосредственного сравнения не проводил.
Собрался я было сделать ступенчатый регулятор громкости на пермаллоевом трансе для своего предварительного усилителя и окунулся в поиски подходящего галетника. Импортные, типа Shallco, круты, а цена на них круче яиц – десятки и сотни евро. Стал мониторить на профпригодность наши отечественные, остановился на ПГК-11П2Н
.
Старый проверенный образец советского радиопрома – керамические галеты, простой механизм вращения оси, серебрёные ножевые контакты.
Но для использования в качестве регулятора громкости есть существенный минус – коммутация с разрывом сигнала (break before make).
Сначала я разобрал сам галетник, потом сверлом диаметром 3мм вручную рассверлил три заклёпки и получил три деталюшки – гетинаксовую шайбу, керамическую втулку и бегунок.
Для нового бегунка я использовал (как и для клемм АС) обкладки воздушного ВЧ кондёра – серебрёная медь.
Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только
Особое внимание хочу акцентировать на том, что шляпки винтов не должны цепляться при вращении оси за центральный токосъёмник. При сборке надо не забывать правильно сориентировать бегунок и керамическую втулку на обеих галетах.
Второе неудобство – довольно жёсткий ход оси. Стальной шарик прижимается к диску оси двумя мощными пластинами-пружинами.
Смягчить ход удалось полным разгибанием внешней (наиболее жёсткой) пружины и ослаблением нажима внутренней. Для мягкости хода я обновил смазку на шарике и диске оси.
По окончании сборки, убедившись, что ничего не мешает свободному движению бегунка, я нанёс на его поверхность токопроводящую смазку HCG (High-Conductive Grease), её используют в ремонте принтеров, также можно взять и наш родной Циатим-221 (когда-то я им смазывал контактные группы токосъёмников катушек контуров 5кВт-ых передатчиков).
И в заключении, я лишний раз убеждаюсь в том, что под ногами лежат вполне достойные вниманию вещи, практически не уступающие по качеству, а по цене оЧЧень выигрывающие! Надо только наклониться за ними и внимательнее приглядеться.
для усилителя (потенциометр DACT) практически не изменяет частотную характеристику при регулировании громкости, что положительно сказывается на линейности всего усилительного тракта, на всех уровнях громкости.
Механическая конструкция регулятора громкости DACT имеет тонкую регулировку прижима материнских плат, на которых расположены прецизионные, толстоплёночные, бескорпусные чип резисторы. Такое конструктивное решение даёт возможность, регулировать зазор и силу прижима механических деталей, в которых накапливается естественная механическая усталость контактных групп. Отчего срок работы регулятора громкости (на отказ) зависит только от расторопности пользователя.
Отметим, что за много лет экспериментальной работы не приходилось дополнительно регулировать потенциометр DACT. Однако, в новых регуляторах громкости DACT контактные платы (иногда) не имеют плотного механического контакта и звуковой сигнал может не проходить.
Экспериментально выяснилось, что звуковые качества и надёжность дискретных чудо резисторов DACT находятся на высоком уровне, и по качеству звука сравнимы с лучшими образцами металлоплёночных резисторов типа: VISHAY, HOLCO.
Высокая стоимость потенциометра DACT компенсирована высоким качеством звуковоспроизведения, благодаря этому такой регулятор громкости применяется только в эксклюзивных High End Audio усилителях. Цена от 200$.
Качество звукопередачи регуляторов громкости (разных типов) Alps соответствует своей стоимости. Цена 10 - 25$. Оба потенциометра Alps воспроизводят звук приблизительно одинаково и (по нашему мнению) совсем не пригодны для использования в добротных High End Audio усилителях.
После дискретного регулятора громкости DACT потенциометр Alps включать и слушать не хочется - звук очень мутный и глухой. Все выводы, что разница в качестве звучания разных регуляторов громкости не принципиальны, основаны на "липовой теории". "Липовая теория" - предлагает автор который не имел возможности экспериментировать с аудио компонентами такого класса, или не имеет достойный усилительный звуковой тракт.
Одним из важных параметров регуляторов громкости является рассогласование секции правого и левого канала, так как этим явлением обусловлены пространственные характеристики всего усилителя.
- Рассогласование секций: "DACT" +/- 0.05Дб.
- Рассогласование секций: "Alps" +/- 1,5Дб.
При подаче постоянного напряжения (24в) на регулятор громкости Alps, он начинает потрескивать (при вращении) и после трёх оборотов необратимо выгорает, это обусловлено маленьким током пропускания скользящих контактов и их негативным сопротивлением . Регулятор громкости DACT легко и долго держит постоянку 60в (выше не проверяли), поэтому к общей конструкции потенциометра DACT претензий нет.
Данный эксперимент провели исключительно для проверки надёжности регуляторов.
Иногда в ламповых каскадах (в некоторых CD проигрывателях) устанавливают малонадёжные проходные конденсаторы, и существует реальная ситуация пробоя диэлектрика такого конденсатора, что вызовет попадание негативного постоянного напряжения на вход усилителя. Потому, общая живучесть усилителя также зависит от надёжности потенциометра.
