Предварительный усилитель: схема, назначение и функции

Многие любители музыки мечтают о создании собственной аудиосистемы. Но для получения высокого качества звучания недостаточно подобрать хорошие акустические системы и усилитель. Не менее важная роль принадлежит предварительному усилителю, обеспечивающему необходимое усиление сигнала и регулировку тембра. Давайте разберемся, какие бывают схемы предусилителей и как создать свой вариант с темброблоком.

Назначение и функции предварительного усилителя

Предварительный усилитель (преамп) — это устройство, предназначенное для усиления слабых сигналов от источников (проигрывателей, тюнеров, микрофонов и т.д.) до уровня, необходимого для работы усилителя мощности и акустических систем.

Впервые предусилители стали применяться в 20-30-е годы прошлого века в ламповых радиоприемниках для усиления сигналов от антенны до уровня, достаточного для воспроизведения в наушниках или динамике.

Основными функциями предварительного усилителя являются:

Усиление входного сигнала до необходимого уровня
Регулировка тембра (частотной характеристики) с помощью темброблока или эквалайзера
Коммутация нескольких источников сигнала
Регулировка общей громкости

Предварительный усилитель играет ключевую роль в тракте звуковоспроизведения. Именно от его качества в значительной степени зависит чистота и натуральность звучания всей аудиосистемы. Встроенные предусилители, используемые в бюджетных моделях усилителей и ресиверов, как правило, имеют упрощенные схемы и невысокие характеристики.

Типы и структурные схемы предварительных усилителей

Предварительные усилители делятся на активные и пассивные. В активных усилителях используются электронные компоненты для формирования и обработки сигнала, в то время как пассивные содержат только резисторы и конденсаторы.

По типу используемых компонентов различают предусилители на интегральных схемах операционных усилителей и схемы на дискретных транзисторах. Первые проще в настройке, обеспечивают лучшие характеристики, но стоят дороже.

Существуют монофонические предусилители для работы с одноканальным сигналом и стереофонические, имеющие два независимых канала для левого и правого звуковых сигналов.

Часть предусилителей снабжается специальными цепями регулировки тембра — темброблоками или эквалайзерами. Они позволяют в определенных пределах изменять частотную характеристику усилителя.

По типу выходных цепей различают предусилители с симметричными (дифференциальными) и несимметричными (однотактными) выходами. Симметричные выходы менее чувствительны к наводкам от внешних источников помех.

Предварительный усилитель на лампах

Одним из распространенных вариантов предусилителей среди любителей высококачественного звука являются ламповые конструкции. Они обладают особенно мягким, ненавязчивым звучанием.

Ламповый предусилитель имеет следующие основные каскады:

Входной усилитель на лампе с низким уровнем шумов
Фазоинвертор для формирования симметричного сигнала
Катодный повторитель с низким выходным сопротивлением

В некоторых конструкциях дополнительно устанавливается пассивный RC-фильтр (эквалайзер) в цепи обратной связи для регулировки тембра. Регуляторы громкости также часто делаются на лампах для сохранения теплоты звучания.

Главными недостатками ламповых усилителей является высокое энергопотребление, большие габариты и повышенная чувствительность к механическим воздействиям.

Предварительный усилитель стерео

Для воспроизведения стереофонических сигналов применяются специальные стерео предусилители. В них для каждого канала (левого и правого) используется отдельный тракт обработки сигнала с собственными каскадами усиления, фильтрации и регулировки.

Основное отличие стерео предусилителя от моно в том, что в нем устанавливается дополнительный балансный регулятор для установки нужного соотношения громкости между каналами. Это позволяет оптимально распределить стереофоническую картину в пространстве.

Выбор операционных усилителей

Важнейшим компонентом активного предусилителя являются операционные усилители. От их качества и параметров во многом зависят характеристики всего устройства.

Для предусилителей Hi-Fi класса обычно используются специализированные низкошумящие ОУ, такие как OPA134, OPA627, AD797 и другие. Они обеспечивают минимальный уровень собственных шумов и нелинейных искажений.

Для бюджетных конструкций часто применяют более дешевые, но достаточно качественные микросхемы серий TL072, TL082, NE5532.

Разработка темброблока

Для регулировки тембра в предусилителях используются специальные электронные фильтры - темброблоки или эквалайзеры. Простейший вариант темброблока выполняется на основе RC-цепочек с регулируемыми резисторами.

Более гибкие возможности дает активный темброблок, использующий операционные усилители для формирования фильтров. Это позволяет получить бóльшую крутизну срезов и точнее настроить нужный профиль АЧХ.

Защита от помех

Для уменьшения влияния внешних наводок на качество звучания предусилителя применяются следующие методы:

Экранирование корпуса
Фильтрация сетевого питания
Применение входных разделительных конденсаторов
Использование симметричных схем
Установка ферритовых колец на соединительных проводах

Подбор элементной базы

Помимо операционных усилителей в схемах предусилителей используется большое количество пассивных радиокомпонентов: резисторов, конденсаторов, потенциометров.

Для достижения высокого качества звука очень важен грамотный выбор всех элементов схемы. Следует отдавать предпочтение прецизионным и шумоустойчивым резисторам, пленочным конденсаторам с малыми диэлектрическими потерями.

Печатные платы для предусилителя

При разработке предусилителя особое внимание нужно уделить печатной плате. Рекомендуется использовать плату двустороннего исполнения для более компактного размещения элементов.

Топология печатной платы должна обеспечивать минимальную длину слаботочных цепей, а также их экранирование от силовых участков схемы. Желательно выделить отдельный слой земли.

Последовательность монтажа

При монтаже предусилителя в первую очередь устанавливаются элементы пассивной части схемы: резисторы, конденсаторы, разъемы и органы управления. Затем монтируются операционные усилители и полупроводниковые компоненты.

Перед включением следует тщательно проверить правильность сборки и отсутствие коротких замыканий на плате с помощью мультиметра.

Тестирование и настройка

После окончания монтажа необходимо провести проверку основных параметров предусилителя и отладку его работы. Сначала рекомендуется подать на вход тестовые сигналы от генератора и осциллографа и убедиться в корректной работе всех каскадов.

Затем следует настроить оптимальный рабочий режим усилительных каскадов, добиться линейности амплитудно-частотной характеристики, отрегулировать темброблок в соответствии с личными предпочтениями.