Jste zde

NF předzesilovač s přepínačem vstupů

Vzhledem k neustále rostoucímu počtu Audio/Video techniky v mé domácnosti, jsem byl donucen k návrhu a konstrukci následujícího nízkofrekvenčního předzesilovače s možností přepínat mezi dvanácti vstupy.

Všechny audio signály jsou svedeny do tohoto předzesilovače a teprve poté přivedeny k centrálnímu výkonovému zesilovači s reproduktorovými soustavami. Pro volbu jednotlivých kanálů, byly použity stejnosměrně ovládané přepínače vstupů s tranzistory FET.

Z předešlého textu vyplívá, že vstupní zesilovače jsou jedním z nejkritičtějších obvodů celého zesilovače. Mnohdy musí zpracovat signály o malé amplitudě a přitom vstupní odpor zesilovače musí být velký, aby nezatěžoval zdroj signálu a nedocházelo tak ke zkreslování NF signálu. Vlastní šum zesilovače musí být tím menší, čím je nižší úroveň vstupního signálu. Dnes se sice potřeba zesilování velmi malých úrovní signálu omezila pouze na signály s mikrofonů a stále méně používaných gramofonových magneto-dynamických přenosek, avšak stoupl počet úrovní linkových signálů. Zpravidla se používají úrovně 300mVEF; 707mVEF; 1,0VEF a 1,5VEF.

Konstrukce tak jak je navržena, obsahuje deset stereofonních vstupních ultra-nízkošumových linkových zesilovačů se vstupní citlivostí, kterou lze dodatečně konfigurovat propojením jednotlivých switchů jumpery a nastavit tak úroveň na požadovanou úroveň nízkofrekvenčního signálu. Předzesilovač dále obsahuje jeden stereofonní vstup pro dynamický mikrofon a jeden vstup pro magneto-dynamickou gramofonovou přenosku. Celkově tedy NF předzesilovač obsahuje 12 vstupů.

V dnešní době se již prakticky nevyplatí použití tranzistorů ve vstupních obvodech zesilovačů, především z důvodu náročnosti oživování, proto jsou v konstrukci použity ultra nízkošumové operační zesilovače typu NE5534AN, které lze nahradit pro opravdu náročné posluchače obvody typu OP07CP (OP27GP). Zmiňované operační zesilovače jsou uloženy v pouzdru DIL8. V žádném případě nedoporučuji OZ typu TL071 a další levné operační zesilovače, celkové parametry předzesilovače jako je zkreslení a především odstup signálu od šumů se přesunou o jinou úroveň kvality. Například při použití obvodu TL071, jsem naměřil úroveň odstupu signálu od šumu s hodnotou 67dB, když jsem použil OZ NE5534AN při zachování zapojení, byla naměřená hodnota 86dB, což je velice výrazný rozdíl 19dB.

Linkové vstupy IN1 až IN10 jsou zcela identické a mají shodnou vstupní impedanci přibližně 100kΩ. Jsou obsazeny ultra nízkošumovými zesilovači typu NE5534AN zapojenými jako oddělovače s přenosem 1. Protože předzesilovače a přepínače vstupů vyžadují úroveň NF signálu s hodnotou 300mVEF a jmenovitá vstupní citlivost 707mVEF, je za operačním zesilovačem umístěn odporový dělič vytvořený kombinací rezistorů, pro snížení amplitudy signálu.

Stereofonní vstup zesilovače pro dynamický mikrofon IN11, je osazen ultra nízkošumovým operačním zesilovačem NE5534AN v neinvertujícím zapojení. Protože stereofonní mikrofony jsou spíše jen výjimkou, lze pro mikrofon použít jen jeden kanál, nebo oba kanály zapojit paralelně.

Dynamický mikrofon má vstupní úroveň pohybující se v rozmezí 1 – 5mV (typicky 3mV), a v konstrukci předzesilovače potřebujeme úroveň 300mV, je zesílení operačního zesilovače nastaveno na hodnotu 100 se vstupní impedancí přibližně 47kΩ. RC člen R201 a C102 (R210 a C108) slouží jako filtr typu dolní propust a zabraňuje pronikaní vysokých kmitočtů do zesilovače.

Vstup zesilovače pro magnetodynamickou gramofonovou přenosku IN12 je osazen opět operačním zesilovačem NE5534AN, protože přenosová charakteristika magnetodynamické přenosky nemá lineární průběh, je zesilovač vybaven korekčním filtrem RIAA pro úpravu zesílení v závislosti na kmitočtu signálu. Vstupní impedance zesilovače je 47kΩ a citlivost cca. 2,5mV.

Každý vstup je vybaven dvojicí FET tranzistorů (pro každý kanál jeden tranzistor) pro přepínaní signálu stejnosměrným napětím. Kladné řídící napětí se přivádí na vstupy FET tranzistoru (pin G). Rezistory zapojené k elektrodě G FET tranzistoru, přes které je přivedeno záporné napětí na řídící elektrodu G tranzistoru FET, udržují tranzistory zavřené a sepnutá je vždy jen ten vstup, na jehož ovládacím vstupu se nachází kladné napájecí napětí.

Konstrukce NF předzesilovače je napájena symetrickým napětím ±12V, při kterém je proudový odběr z každé větve přibližně 120mA. Napájecímu zdroji musíme věnovat pozornost především v symetrii napájení a kvalitě odrušení, filtrace a zvlnění napájecího napětí. Od těchto parametrů se podstatně odvine kvalita celé konstrukce nízkofrekvenčního zesilovače. Není vhodné šetřit na napájecím zdroji, když v zapojení jednotlivých vstupních nízkofrekvenčních obvodu požíváme špičkové operační zesilovače typu NE5534AN.

Při pečlivém a kvalitním připojení vstupních konektorů, lze dosáhnout odstup signálu od šumu lepší než 84dB. Linkové vstupy lze použít pro většinu nízkofrekvenčních zařízení vybavených linkovým vstupem signálu, jako jsou přehrávače CD/DVD, radiopřijímače, videorekordéry, televizory, apod.

Popis zapojení – Linkový vstup

Nízkofrekvenční signál je přiveden na dvojitou CINCH zásuvku v provedení do DPS (CIN22 2Z P). Pro stejnosměrné oddělení je v cestě audio-signálu zařazen polyesterový kondezátor typu MKS2 s kapacitou 470nF. Signál je přiveden na neinvertující vstup (pin3) operačního zesilovače NE5534AN. Operační zesilovač je zapojen jako oddělovač se zesílením 1. Napájení obvodu je symetrické (±12V). Napájecí vstupy (pin4, pin7) jsou blokovány keramickými kondenzátory 100nF. V cestě napájecího napětí jsou zařazeny rezistory 22Ω, které plní oddělovací funkci a společně s keramickým kondenzátorem tvoří RC články pro lepší odrušení a filtrovatelnost napájecího napětí.

S výstupu (pin6) operačního zesilovače NE5534AN je signál veden na odporový dělič, kterým nastavíme úroveň signálu. Změnu citlivosti nastavíme změnou propojení jumperů, konfigurovat lze ve čtyřech úrovních (popis IN1, levý kanál; SW1 – 300mVEF; SW2/SW5 – 707mVEF; SW3/SW5 – 1,0VEF; SW4/SW5 – 1,5VEF). Za odporovým děličem je zařazen polyesterový kondezátor typu MKS2 s kapacitou 470nF pro stejnosměrné oddělení výstupu OZ (NE5534AN).

Následuje přepínač s V-MOS tranzistory ovládaný stejnosměrným napětím, tento přepínač je vytvořen FET tranzistory typu BS107 (V-MOS). Přivedením kladného napětí na elektrodu G tranzistoru BS107 dojde k aktivaci vstupu. Dále je také na elektrodu G přes rezistor 100kΩ přivedeno záporné napětí, které zajistí spolehlivé uzavření neaktivních FET tranzistorů. Za přepínačem se nachází oddělovací polyesterový kondezátor typu MKS2 s kapacitou 470nF, který zamezí pronikání stejnosměrných napětí dále do výstupu zesilovače. Nízkofrekvenční signál je vyveden na dvojici CINCH konektorů v provedení do DPS (CIN22 2Z P).

Předešlý text popisuje první vstupní linkový kanál IN1, zbylých devět kanálu je konstrukčně shodných, proto se jim nebudu dále popisem věnovat. Všech deset kanálu je za výstupním oddělovacím polyesterovým kondezátorem MKS2 s kapacitou 470nF spojeno na společný CINCH výstup (CIN22 2Z P), jak je vidět na schématu linkového vstupního obvodu.

linkovy vstup

Schéma zapojení - linkový vstup

 

Popis zapojení – Mikrofonní vstup

Zapojení obvodu je zcela shodné se zapojením linkových vstupů. Změna je v zesílení operačního zesilovače NE5534AN, zesílení je nastaveno na 100, protože vstupní úroveň signálu (napětí) je 3mV a požadované výstupní napětí má hodnotu 300mV. Dále oproti linkovému zesilovači je ve vstupním obvodu zařazen RC článek R201 a C102 (R210, C108) pro zamezení pronikaní vysokofrekvenčního rušení.

Zesílení operačního zesilovače NE5534AN je určeno dvojicí rezistorů ve zpětné vazbě OZ R203, R206 (R212, R215). Se zvolenými hodnotami rezistorů je hodnota zesílení nastavena na hodnotu 100.

mikrofonni vstup

Schéma zapojení - mikrofonní vstup

 

Popis zapojení – Magnetodynamická přenoska

Opět celé zapojení je shodné s linkovým vstupem. Změna je pouze v zesílení OZ a zpětné vazbě, která je tvořena rezistory a kondenzátory ve vhodném zapojení, volbou hodnot těchto součástek je optimální nastavení frekvenčního přenosu a zesílení na dané frekvenci signálu, tím je dosaženo přenosové charakteristiky RIAA.

Vstupní impedance tohoto vstupu má hodnotu 47kΩ. Vstupní napětí má hodnotu 2,5 až 3,0mV, proto je zvoleno zesílení OZ na hodnotu 100.

gramo - magnetodynamicka prenoska

Schéma zapojení - vstup pro magnetodynamickou přenosku

 

Popis zapojení – Přepínač / Indikace vstupu

 
 

Protože jsou vstupy jednotlivých kanálu ovládány stejnosměrným napětím, je potřeba pomocí spínačů tuto volbu provést. V této konstrukci jsem se rozhodl pro použití dvanácti-polohového otočného přepínače typu CK1049. Otočným přepínačem je volba kanálu naprosto jednoduchá a intuitivní. Zvolený kanál je indikován příslušnou LED s popisem.

 
 

Pomocí otočného přepínače je přiváděno stejnosměrné napětí k vybranému vstupu (FET tranzistoru). Abychom věděli, který vstup je aktivní je paralelně ke každému pólu přepínače připojena přes omezovací rezistor 5kΩ nízkopříkonová zelená LED.

 
 

Jelikož je otočný přepínač umístěna na čelním panelu společně s indikačními LED diodami, jsou tyto prvky umístěny na samostatné desce plošných spojů, která je propojena plochým kabelem s ostatními DPS (NF vstupy a napájecí zdroj).

 

U mé konstrukce jsem se rozhodl pro následující popis jednotlivých vstupů: IN1-DVD; IN2-VHS; IN3-SAT; IN4-TV; IN5-CD; IN6-TUNER; IN7-MD/MP3; IN8-TAPE1; IN9-TAPE2; IN10-PC; IN11-MIC; IN12-RIAA.

prepinac a indikace

Schéma zpojení - přepínač / indikace vstupu

 

 

Popis zapojení – Napájecí zdroj

 
 

Nízkofrekvenční předzesilovač je napájen symetrickým napětím ±12V, proudový odběr předzesilovače a pomocných obvodů je z každé napájecí větve přibližně 120mA. Napájecímu zdroji musíme věnovat pozornost především v symetrii napájení a kvalitě odrušení, filtrace a zvlnění napájecího napětí. Od těchto parametrů se podstatně odvine kvalita celé konstrukce nízkofrekvenčního předzesilovače.

 
 

Síťové napětí 230V je přivedeno na dvojitou svorkovnici CZM5/2 do DPS, odkud je dále vedeno přes ochrannou tavnou pojistku 100mA do síťového transformátoru. Transformátor je v zalitém provedení s pájecími piny do DPS o výkonu 8,5VA. Následuje můstkový usměrňovač složený s jednotlivých usměrňovacích diod 1N4007, který je navíc doplněn o sériově zařazený rezistor s hodnotou 22Ω ke každé diodě, pro zvýšení vnitřního odporu usměrňovače a tím snížení strmosti spínaní jednotlivých usměrňovacích diod. Pro omezení pronikání parazitního rušení přes usměrňovač má každá dioda paralelně přiřazení polyesterový kondenzátor 22nF. Celkově se tedy komplikované zapojení usměrňovacího můstku výrazně podílí na filtraci a odrušení výstupního napájecího napětí.

 
 

Následuje filtrační kapacita 2200µF s elektrolytickým kondenzátorem. Pro zvýšení účinnosti filtrace a odstranění zvlnění napájecího napětí je v obvodu zdroje zařazen násobič kapacity s tranzistorem. Obvod násobiče kapacity využívá zesílení hFE tranzistoru, zesílení určuje násobek kapacity zapojené v bázi tranzistoru, v tomto případě (hFE=290; C=47µF  13,5mF).

 
 

V obvodu zdroje je dále zapojena dvojice monolitických stabilizátorů řady 78xx a 79xx v doporučeném katalogovém zapojení. Vstup a výstup stabilizátorů je blokován keramickými kondenzátory 100nF.

 
 

Pro spolehlivou funkci stabilizace a funkce obvodu je nutné zajistit minimální proudový odběr z každé napájecí větve, který je zajištěn indikační LED zelené barvy. Na výstupech jsou zapojeny filtrační tantalové kondenzátory 22µF. Výstupní napájecí napětí je vyvedeno na trojitou svorkovnici do DPS (CZM5/3).

 
 

Zdroj je umístěn na samotné desce plošných spojů, aby nedocházelo k pronikání rušení do signálových obvodů a zároveň z důvodu bezpečnosti a oddělení síťové části od nízkofrekvenčních obvodů. Zároveň doporučuji desku zdroje umístit ve skříňce přístroje co nejdále od nízkofrekvenčních obvodů, i když je ve zdroji použitý malý transformátor s výkonem 8,5W a není využit na 100% výkon, může magnetické pole transformátoru naindukovat do vstupních obvodů síťový brum (50Hz).

 
 
 

Stabilizátory nevyžadují žádné chlazení, na obvodech vzniká tepelná ztráta max. 0,6W, kdo by chtěl opravdu spolehlivé napájení, může umístit tyto stabilizátory na malý křidélkový chladič.

napajeci zdroj

Schéma zapojení - napájecí zdroj

blokove schema

Blokové schéma

konstrukcni reseni

 

Seznam součástek

Linkové vstupy (1. vstup)*

R1,R8,R9,R11, R18, R19 100KΩ/R0207
R2,R3,R12,R13 22Ω/R0207
R7,R17 1k0Ω/R0207
R10,R20 1M0Ω/R0207
R4,R14 2k4Ω/R0207
R5,R15 3k3Ω/R0207
R6,R16 5k1Ω/R0207
C1,C4,C5,C6, C9,C10 470nF/MKS2
C2,C3,C7,C8 100nF/TK ker.
IO1,IO2 NE5534AN
T1,T2 BS107
DIL1,DIL2 PAT08 DIL PR
CONN1, CONN3 CINN22-2Z-P
SW1-10 JUMPER 2,54

* popis je uveden pro první kanál, pro zbylých devět linkových vstupů jsou hodnoty součástek shodné

Mikrofonní vstup

R201,R210 1k0Ω/R0207
R202,R211 47kΩ/R0207
R203,R212 10kΩ/R0207
R204,R205,R213,R214 22Ω/R0207
R206,R209,R215,R218 1M0Ω/R0207
R207,R208,R216,R217 100KΩ/R0207
C101,C105-C107, C111, C112 470nF/MKS2
C102,C108 10nF/MKS2
C103,C104,C109,C110 100nF/TK ker.
IO21,IO22 NE5534AN
T21,T22 BS107
DIL21,DIL22 PAT08 DIL PR
CONN11, CONN13 CINN22-2Z-P

Magnetodynamický vstup

R219, R231 47kΩ/R0207
R220, R230, R232, R240 1M0Ω/R0207
R223, R233 390Ω/R0207
R224, R225, R234, R235 22Ω/R0207
R226, R236 200kΩ/R0207
R227, R237 20kΩ/R0207
R228, R229, R238, R239 100KΩ/R0207
C113, C120 220nF/MKS2
C118, C119, C125, C126 470nF/MKS2
C116, C123 15nF/MKS2
C117, C124 3,3nF/MKS2
IO23, IO24 NE5534AN
T23, T24 BS107
DIL23, DIL24 PAT08 DIL PR
CONN12, CONN13 CINN22-2Z-P

Přepínač / Indikace vstupů

R241-R252 5k0Ω/R0207
Q1-Q12 LED L53LGD
SP1 CK1049
CONN14 PSH02-02P
CONN15,CONN16 PSH02-06P

Napájecí zdroj

R253,R253,R253,R253 22Ω/R0207
R257,R260 1k0Ω/R0207
R258,R259 150Ω/R0207
R261,R262 5k0Ω/R0207
C127,C128,C129,C130 22nF/MKS2
C131,C132 2200µF/25V
C133,C134 47µF/25V
C135-C138, C141,C142 100nF/TK ker.
C139,C140 220µF/25V
C143,C144 22µF/25V
D1,D2,D3,D4 1N4007
T25 BC546B
T26 BC556B
IO25 7812
IO26 7912
Q13,Q14 LED L53LGD
TR1 ZTR48/16
CONN19 CZM5/2
CONN20 CZM5/3
Michal Slánský
Michal.Slansky@ seznam.cz

Download & Odkazy

 


Hodnocení článku: 

Komentáře

Dobrý den prosím Vás odkaz na staženi veskere dokumentace na tento predzesilovac a prepinac vstupu nefunguje bylo by mozné poslat dokumentaci a desky treba eagle nebo pdf na email adresu dekuj Škarda roman.skarda@seznam.cz