Вариант конструкции усилителя-корректора "Сигма-1"

Предлагается вниманию конструкция усилителя-корректора для виниловых пластинок "Сигма-1" (с вариантом коррекции 2) без общей ООС. Автором этой схемы является Виктор Жуковский, внесший ряд существенных улучшений и доработок в исходную схемотехническую идею усилителя-корректора Алексея Никитина. В настоящей статье рассматриваются возможные нюансы конкретной реализации конструкции указанного усилителя, включая ускорение процесса его включения и повышение уровня его выходного сигнала.

Авторскую схему усилителя-корректора здесь приводить не буду — её можно найти по вышеприведённой ссылке. Я лишь изменил позиционные обозначения некоторых элементов схемы и их номиналы:

В схему я также решил добавить выпрямитель VD4..VD7, защитные элементы F1, VD8, VD9 — от превышения допустимого напряжения на электролитических конденсаторах выпрямителя (стабилизатора) и терморезистор NTC1 — для улучшения температурной стабильности выходного напряжения стабилизатора.

К недостаткам схемы можно отнести:

• наличие разделительного конденсатора C14+C15 (а также конденсатора в цепи ООС C7+C8);
• довольно длительный «прогрев» усилителя после включения — более 1 минуты — за счёт долгого заряда конденсаторов C2 и C10;
• относительно небольшой уровень выходного сигнала ~280mV на частоте 1 кГц при входных сигналах 3 mV (MM) и 0,5 mV (MC).

В ходе экспериментов выяснилось, что если применить в качестве  C8, C14 электролитические конденсаторы типа «Nichicon KZ Muse» 10μF x 100V, зашунтированные «бутербродом» из плёнки «Wima MKS2» 2,2μF x 63V + «Panasonic PPS» ECHU1H473JX5 0,047μF x 50V (SMD 1913), то влияние разделительного конденсатора на звук становится практически неразличимым. 

Для снижения времени заряда конденсаторов C2, C10 при включении я применил специальный (необязательный) узел — «ускоритель», который подключается к точкам A,B,C,D,E и A',B',C',D',E' (для правого канала) на плате усилителя-корректора:

«Ускоритель» собирается на 4 небольших платках:

• главная плата ускорителя — формирует сигнал задержки 10..15 секунд, в течение которого действует сигнал Mute, блокирующий выходы усилителя-корректора (пары контактов O1 и O2) и подключающий к электролитическим конденсаторам «ускоряющие» резисторы R11..R14 и R16..R19 (расположенные соответственно на платах правого и левого каналов ускорителя вместе с коммутирующими элементами — оптронами VO1..VO6);
• плата правого канала ускорителя (подключается к контактам A',B',C',D',E' на основной плате усилителя-корректора);
• плата левого канала ускорителя (подключается к контактам A,B,C,D,E на основной плате усилителя-корректора);
• плата индикации — двухцветный светодиод светится красным цветом, пока усилитель-корректор «прогревается» и зелёным — в случае готовности к работе.

Платы «ускорителя» изготовлены методом ЛУТ:

Подключение «ускорителя» к основной плате:

Применение описанного «ускорителя» заметно сокращает время готовности усилителя к работе и не оказывает реального влияния на звук.

Чтобы не нарушать концепцию «безоосной» схемы, для увеличения уровня выходного сигнала в 3 раза я решил использовать повышающие пермаллоевые трансформаторы 1:3. При этом необходимо подобрать демпфирующие цепочки Rд1Cд1 и Rд2Cд2 по наилучшей форме прямоугольного сигнала, смонтировав их снизу платы, на которой собраны трансформаторы (кстати, на выходах трансформаторов были припаяны нагрузочные резисторы по 100 кОм — их надо демонтировать!):

Частотный диапазон трансформаторов, заявленный производителем: 10 Гц..45 кГц при неравномерности -1 дБ и 20 Гц..33 кГц при неравномерности -0,6 дБ, индуктивность первичной обмотки около 22Гн, вторичной — порядка 170 Гн. Реактивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора на частоте 20 кГц составляет более 20 МОм, поэтому нельзя подключаться к выходам трансформаторов напрямую — нужен дополнительный буфер с высоким входным и низким выходным сопротивлением. Самым лучшим решением для этого считаю «безоосный» каскодный повторитель на JFET:

Такой повторитель обладает очень низкими искажениями и прекрасно зарекомендовал себя во многих конструкциях. В частности, конкретно эта схема (с печатными платами) использована в качестве входного буфера для Мостового УМЗЧ (описание см. в разделе 1 указанной статьи), и некоторые элементы (выделенные на схеме серым цветом) не используются. В качестве VT1..VT4 возможно применение отечественных JFET, указанных в статье по ссылке. Максимальный неискажённый уровень входного и выходного сигнала для описанного буфера составляет примерно ~5,5 В (эфф), а максимальный уровень сигнала на выходе усилителя-корректора — порядка ~3 В (эфф). Таким образом, перегрузочная способность собственно усилителя-корректора составляет более 20 дБ, а с повышающим трансформатором 1:3 и буфером этот показатель снижается на 4 дБ.

Питание плат повторителей обоих каналов осуществляется от двухполярного стабилизатора:

В стабилизаторах применены Low Drop микросхемы LM2931CDR2G. Можно применить и другую конструкцию стабилизаторов.

Для питания платы усилителя корректора, выходного буфера и «ускорителя» включения использован трансформатор Т19-220-50 с ориентировочной мощностью 2 Ватта от электронных часов на сердечнике ШЛМ10x20 с перемотанными вторичными обмотками :

• II, III: 2 x  9V 20 mA (2 x 185 витков провода ПЭ-НП 0,08);
• IV, V: 2 x 24V 20 mA (2 x 455 витков провода ПЭ-НП 0,08), включённые параллельно.

Ранее этот трансформатор я планировал использовать для другой конструкции (для Цирклотрона КП903), однако туда он не подошёл. Зато пригодился в этой конструкции, правда, выходные напряжения оказались на пределе, поэтому, чтобы снова не разбирать трансформатор и не перематывать его, пришлось применить Low Drop микросхемы стабилизаторов.

Так как силовой трансформатор расположен в одном корпусе с основной платой усилителя-корректора, пришлось для трансформатора применить замкнутый железный экран (виден на фото в начале статьи) для снижения магнитных наводок до приемлемого уровня.

Схема соединения узлов внутри корпуса показана ниже:

Сетевой LC-фильтр размещён на общей плате силового трансформатора с защитным экраном.

В конструкции использован готовый (производства СССР) радиолюбительский корпус со стальными крышками размерами примерно 220x220x70 мм. На передней и задней алюминиевых панелях остались отверстия от какой-то предыдущей конструкции, поэтому к ним были приклеены декоративные пластиковые накладки. На задней панели расположены (слева направо):

• выключатель питания и сетевое гнездо;
• выходные гнёзда: два гнезда RCA с выведенными выходными сигналами ~750mV (с выходов буфера) и гнездо DIN-5 (СГ-5) с выходными сигналами ~250mV (без буфера) и ~750mV (с выходов буфера);
• вспомогательное гнездо для подключения «заглушки» (основной вариант применения) или повышающего входного трансформатора 1:10 для MC картриджа (при этом на основной плате корректора должны быть разомкнуты все перемычки);
• входные гнёзда: гнездо DIN-5 (СГ-5) и два гнезда RCA для подключения сигналов с MC или MM картриджа.

Применена готовая «заглушка» от проигрывателя "Арктур-006", однако её легко можно изготовить своими руками. Гнездо для подключения «заглушки» или повышающего MC-трансформатора было предусмотрено в конструкции усилителя-корректора специально, чтобы сравнить качество звучания пластинок через трансформаторы MC и усилитель-корректор в режиме «MM» с качеством звучания усилителя-корректора в режиме «MC» с «заглушкой». Без MC-трансформаторов звучание мне понравилось больше! Кстати, чтобы на работу MC-трансформаторов не оказывало влияние наличие резисторов R11 и R11', расположенных на основной плате усилителя-корректора (ввиду большой индуктивности вторичных обмоток их номиналы должны быть гораздо больше), на плату запаяны резисторы номиналом 33 МОм, а R11 и R11' припаяны к контактам входного разъёма.

Неколько слов о конструкции используемых повышающих входных MC-трансформаторов — применены трансформаторы собственного изготовления с секционированной намоткой на пермаллоевых сердечниках:

Конструктивно MC-трансформаторы размещены в отдельных пермаллоевых экранах, помещённых в общий алюминиевый кожух:

На передней панели усилителя-корректора расположено отверстие для двухцветного светодиода индикации режима работы «ускорителя»:

Печатные платы конструкции в основном изготовлены методом ЛУТ. Основная плата усилителя-корректора для ЛУТ сделана двухслойной, причём верхний слой — «земляной». Это, правда, не очень удобно для проведения измерений, так как выводы деталей легко «коротнуть» на землю, поэтому все измерения придётся проводить с нижней стороны платы. Имеется также рисунок печатной платы усилителя-корректора и гербер-файл для фабричного изготовления с паяльной маской.

Немного о применённых деталях.

На плате корректора предусмотрена установка транзистора VT7, который добавляет усиления в местную ячейку ООС, охватывающую VT3, VT5, VT7, и повышает линейность схемы — это было предложено автором исходной схемы позже (в начальной авторской версии платы этот транзистор отсутствует). Номинал резистора R16 увеличен до 10 кОм (в авторском варианте был 1 кОм), так как в режиме «MM» с некоторыми типами транзисторов VT3 напряжение на этом резисторе недостаточно для активной работы транзистора VT7.

В качестве практически всех пассивных элементов (резисторов и плёночных конденсаторов) на основной плате усилителя-корректора можно использовать не только выводные детали, но и в планарных корпусах SMD (резисторы — типоразмера 1206, включая две не показанных на схеме перемычки вблизи коллекторов VT1,VT2, плёнка — типоразмера 1210/1913). Исключение составляют транзисторы и электролитические конденсаторы  — на плату можно ставить только выводные. Также диоды VD4..VD7 устанавливаются только в SMD корпусах типоразмера SMA, а VD8 — в корпусе SMB. Самовосстанавливающийся предохранитель F1 — в корпусе SMD типоразмера 1812 (или перемычка). Впоследствии планировалось уменьшить размеры платы за счёт применения транзисторов в SMD-корпусах, но потом от этой идеи пришлось отказаться.

Выводной терморезистор NTC1 (MF-11) запаивается на место резистора R27, а последний припаивается в корпусе SMD 1206 снизу платы.

Конденсаторы: C1 — Wima FKP2 150p (2 шт); C2,C10,C17 — Nichicon KA 470μFx25V (5 шт); C3 — K71-3 1140p 1% (2 шт); C5 — Wima FKP2 68p (2 шт); C6+C6" — K71-3 4070p 1% + Wima FKP2 270p (2 комплекта); C4,C11 — Panasonic PPS ECHU1H104JX5 [SMD 1913 снизу платы] (0,1μFx50V) (4 шт); C7,C15 — Wima MKS2 2,2μFx63V (4 шт); C7",C15",C20 — Panasonic PPS ECHU1H473JX5 [SMD 1913 снизу платы] (0,047μFx50V) (5 шт); C8,C14 — Nichicon KZ Muse 10μFx100V [D=8mm] (4 шт); C9,C13,C19 — Ceramic NP0 (5 шт); C12 — 2xNichicon KZ Muse 1000μFx25V [D=16mm] + Nichicon KA 3300μFx25V [D=13mm] = 5300 мкФ (2 комплекта); C16 — Wima MKP2 0,1μFx100V + Panasonic PPS ECHU1H333JX5 [SMD 1210 снизу платы] (0,033μFx50V) (2 комплекта); C17" — Panasonic PPS ECHU1H333JX5 [SMD 1210 снизу платы] (0,033μFx50V) (1 шт); C18 — Rubycon 10μFx50V [D=5mm] (1 шт); C21 — Rubycon YXF 2x1000μFx35V [D=13mm] + Nichicon PW 470μFx35V [D=10mm] (1 комплект).

Биполярные транзисторы в цепи прохождения сигнала n-p-n: VT1, VT2, VT4, VT7, VT10 — типа Toshiba 2SC2240BL, VT9, VT11 — китайские 2SC2240GR, p-n-p: VT5, VT6, VT8 — типа Toshiba 2SA970BL, при этом их цоколёвка не совпадает с BC550, BC560 (под которые разведена плата), поэтому их выводы изолированы термоусадочными трубками и соответствующим образом подогнуты. Остальные транзисторы — как указано на схеме.

В качестве JFET VT3 пробовались:

• 2SK170GR — отобранная пара с начальными токами стока 2,8..3,1 мА и напряжением отсечки 0,38..0,39 В -> рабочее напряжение на истоке около 0,23..0,24 В (хороший результат);
• Сборка 2ПС104Е с начальным током стока 0,3 мА и напряжением отсечки 0,6 В -> рабочее напряжение на истоке около 0,3 В (хороший результат; длина выводов позволяет выполнить монтаж сборки на плате, если их изолировать и соответствующим образом подогнуть);
• Сборка 2N3958 с начальным током стока 0,6 мА -> рабочее напряжение на истоке 0,45..0,56 В (неплохой результат, но коротковаты выводы сборки для удобного монтажа, нужно наращивать);
• Сборка LSK389B с начальным током стока 7 мА и напряжением отсечки 0,6 В -> рабочее напряжение на истоке 0,42..0,43 В (неплохой результат, но коротковаты выводы сборки для удобного монтажа, нужно наращивать);
• 2SK170BL — отобранная пара с начальными токами стока 9,4 мА и напряжениями отсечки 0,93 В ->  рабочее напряжение на истоке около 0,8 В (многовато);
• BF245A — отобранная пара с начальными токами стока 2,1..2,2 мА и напряжениями отсечки 0,35 В -> расчётное рабочее напряжение на истоке порядка 0,2 В — с этими транзисторами в схеме возникает странная «переключательная» генерация на частоте 5..6 Гц;
• 2SK3372G (через переходники) — пара с начальными токами стока около 0,13 мА и напряжениями отсечки примерно 0,33 В -> рабочее напряжение на истоке порядка 90..100 мВ — очень хороший звук и самые низкие шумы, но, увы, в режиме MM в схеме происходит почти такая же генерация, как и с BF245A, с частотой порядка 1 Гц.

Впоследствии удалось выяснить, что нарушение работы усилителя-корректора в виде генерации на ультранизких частотах возникает в том случае, когда суммарный рабочий ток через транзисторы VT3+VT5+VT7 снижается ниже примерно 0,3 мА, что происходит в режиме «MM», когда включены оба резистора R14+R15, и напряжение на истоке транзистора VT3 меньше 0,2 В. Такое получается как раз при использовании в качестве VT3 транзисторов BF245A и 2SK3372G. Причиной является слишком низкое значение номинала резистора R17 (у автора было 68 кОм), при этом через него протекает ток около 0,3 мА, что и определяет минимальный порог рабочего тока указанного транзисторного узла. После увеличения номинала R17 до величины 220 кОм усилитель-корректор заработал и с транзисторами 2SK3372G  (на схеме в статье этот номинал исправлен).

Для транзисторов 2SK3372G переходники изготавливались методом ЛУТ:

Звучание усилителя-корректора было проверено совместно с доработанным проигрывателем «Арктур-006» (кроме того, штатный слипмат диаметром 292 мм и толщиной 4 мм заменён на войлочный диаметром 290 мм и толщиной 2мм + резиновый диаметром 295 мм и толщиной 3мм), в том числе с MC-картриджем «Denon» DL-103 (сам картридж также доработан: пластиковый корпус заменён на деревянный из палисандра Якаранда с антирезонансным наполнителем, игла в штатном кантилевере заменена на новую с заточкой Шибата, шелл проигрывателя заменён на деревянный):

Звучание пластинки с усилителем-корректором «Сигма-1» — «живое», «наполненное» и «объёмное». Если сравнивать со звучанием моего клона Lynx04 (со входными ОУ OPA827AIDR вместо AD713JN и с повышающими MC-трансформаторами), то «Сигма-1» (вариант коррекции 2) обладает более мощными басами — оно и понятно, так как в Lynx04 реализована коррекция по стандарту RIAA-78 с небольшим спадом на НЧ. Но в целом нельзя сказать, что звучание пластинки с корректором «Lynx04» хуже — просто оно другое — более «плотное» и, может быть, в чём-то более «чистое», но слушать хочется «Сигма-1»! Кстати, у доработанного проигрывателя «Арктур-006» рокота от двигателя не слышно с любым усилителем-корректором. 

Во вложениях прикреплены архивы со схемами и рисунками печатных плат.

Рисунок с установкой перемычек на основной плате усилителя-корректора приклеен внутри  на верхнюю крышку корпуса:

Краткая памятка по установке перемычек:

Усилитель-корректор может работать с двумя типами картриджей: MM (~3 мВ) и MC (~0,5 мВ). Выбор режима работы осуществляется установкой пар перемычек на основной плате внутри корпуса. Доступны следующие варианты:

1. MM картридж без нагрузочной RC-цепочки (1 кОм+150 пФ). Этот вариант также может быть использован при работе с MC-картриджем совместно с повышающим входным трансформатором 1:10, который подключается в соответствующее гнездо вместо «заглушки».
2. MM картридж с нагрузочной RC-цепочкой (1 кОм+150 пФ) для уменьшения эффекта резонанса; в соответствующее гнездо должна быть установлена «заглушка»;
3. MC картридж с нагрузочным сопротивлением 100 Ом (обычно не используется, или используется при наладке — вход фактически закорачивается); в соответствующее гнездо должна быть установлена «заглушка»;
4. MC картридж с нагрузочным сопротивлением 1 кОм — это основной вариант подключения для MC картриджа (не считая возможности использования входного трансформатора, описанной в п.1); в соответствующее гнездо должна быть установлена «заглушка».