Микрофонный усилитель на к157уд2. Высококачественный регулятор громкости и тембра (К157УД2, К547КП1). Принципиальная схема и принцип работы

Представленное ниже устройство обладает хорошим качеством звучания и низким уровнем шумов, а также имеет функцию обхода (прямая АЧХ), в тоже время простота схемы не отпугнет начинающих радиолюбителей. В основу пассивной части схемы входит разработка, описанная E.J.James"ом еще в 1948 году, а все устройство вместе смахивает на работу Baxandall"a образца 1952 года:) Смахивает использованием усилительного каскада, в данном случае ОУ, которым можно поднять амплитуду, "съеденную" (у этого регулятора амплитуда падает в пять раз или -13дБ!) темброблоком. Анализируя широко известные любому радиолюбителю источники (в коих наблюдается некоторая историческая неточность), было принято решение поэкспериментировать с этой вещичкой:

К сожалению, реальные графики АЧХ так и не успел снять, однако приведем результат моделирования в программе Tone Stack Calculator . Данная схема примечательна использованием R5-R6, которые обеспечивают более узкий подъем частот, не затрагивая середину. Этих резисторов нет в разработке E.J.James"a, поэтому симуляция произойдет без них:). Однако на общее впечатление от графика это не скажется, просто полоса подъема высоких частот будет более широкой.

Но мне хотелось бы большего: ещё больший подъем на НЧ и в особенности ВЧ, так сказать с запасом, хотя в вашем случае все может быть совершенно иначе. Вернее не в вашем случае, а в случае вашей акустики:). К примеру из опыта эксплуатации продукции бердского радиозавода ВЕГА 50АС-106 регулировка низких частот темброблока в RRR УП-001 совсем не подходила, поскольку поднимала лишь область верхнего баса (200-250 Гц, басом это трудно назвать, скорее гул). Однако на акустических системах производства рижского радиозавода Radiotehnika RRR S50b, можно было добиться приемлимого качества звучания. Хотя все это считается баловством, поскольку корректирует лишь впечатление от прослушивания, корректировку АЧХ колонок и, если усилитель ущербен, проводят другими схемотехническими изысканиями, к примеру параметрическими эквалайзерами с регулировками не только по усилению, но и с возможностью перемещения подымаемой частоты и добротности. Но мы же здесь не собрались исправлять огрехи дорогой акустики?

Итого +6 дБ на основной низкой частоте, и +5 дБ на высокой. Спад -3 дБ в области средних частот решено поднять усилением на ОУ. Признаюсь, стало немного многовато. В схеме поворотом регуляторов трудно добиться ровной АЧХ (вернее совсем не добиться), поэтому решено добавить устройство, отключающее темброблок. Это может оказаться полезным при эксплутации с вашим усилителем более "продвинутого" эквалайзера. Простым замыканием входа и выхода пассивной части или же всего темброблока (в первом случае замыкается конденсатор С3 и как следствие заваливаются верха, во втором - регулировка ВЧ и НЧ сохраняется, правда в небольших пределах) здесь не обойтись. Поэтому можно осуществить элементарную коммутацию на реле с перекидными контактами (типа РЭС-9, РГК-14 и т.д.).

Стоит отдельно затронуть изъезженную тему конденсаторов в блоке тембров. По своему субъективному опыту эксплуатации известного предусилителя Шмелева , в конструкции которого применял незадумываясь керамику импортного производства, широкораспространенную в магазинах, выходной сигнал был насыщен гармониками, что ощущалось на слух. Быть может в слепом тесте этого темброблока с другими конденсаторами я бы этого и не заметил, но тем не менее у меня это глубоко отложилось в памяти. В данной конструкции решил использовать исключительно конденсаторы на бумажной основе. Конечно, здесь я не буду описывать опыт использования импортных конденсаторов за сотни долларов, но как говорится, чем богат:). Из накопленных запасов были вытащены конденсаторы серий БМТ-2, БМ-2 и МБМ.

Итак, при использовании данных конденсаторов, первое что необходимо сделать, это измерить их емкость и осмотреть на внешние повреждения (в особенности для БМТ-2). Среди десятка образцов конденсаторов серии МБМ, 90% имели превышение номинальной емкости на 40-50%, что в двое больше их допуска. Измерение емкости позволяет подобрать конденсаторы в пары для 2-х каналов для обеспечения симметричной регулировки. Первое включение и вердикт - однозначно предпочтительнее использования китайской керамики. К своему стыду, мне не удалось отыскать бумажный конденсатор в цепи ВЧ, поэтому применил конденсатор серии КТК, широко использовался в ламповых телевизовах и прочей аппаратуре. Кроме всего прочего данный конденсатор обладает хорошей термостабильностью. Обкладки из серебра на звуке никак не сказались:) (хотя после пополнения багажа знаний о данном конденсаторе, звук постепенно стал становиться краше и... :)). Графики, которые получилось снять:

Регуляторы повернуты на максимум:

Регуляторы повернуты на минимум:

Схема получившегося устройства:

Характеристики данного темброблока:

• Коэффициент гармоник, %: не более 0,02.
• Диапазон регулировки, не менее: НЧ +-16 дБ, ВЧ +-17 дБ.
• Входной сигнал: ~1V.

Показатели по КГ, сигнал/шум зависят от примененного ОУ. Выбор пал на TL072, (это сдвоенный ОУ фирмы ST) в силу его дешевизны и распространенности. Отлично сюда впишутся и такие операционники, как NE5532, NJM4558, LM358. Поэкспериментировать можно и с одиночными ОУ (с дальшейшей переделкой ПП) TL071, NE5534, КР544УД1,2, К157УД2 (с цепями коррекции) и так далее. С бумажными конденсаторами и ОУ в золотом корпусе, чем не раритет? Для оперативной замены микросхемы (если отдали предпочтение другому ОУ), рекомендуется предварительно установить на соответствующее место панельку DIP-8.

Для питания активной части устройства используется параметрический стабилизатор напряжения на два плеча + и - без использования каких-либо усилительных элементов, поскольку в данной схеме общий ток потребления меньше номинального тока стабилитронов. Для сглаживания остатков пульсаций, вызванных пульсациями блока питания УМЗЧ, в схеме присутствуют два электролита. Их емкость невелика для обеспечения низкой инерционности. Такой небольшой набор дает низкий уровень фона при эксплуатации устройства.

Разумеется, для обеспечения минимального уровня фона этого бывает недостаточно. Снизить фон может помочь заземление корпусов переменных резисторов. У некоторых групп регуляторов для этого есть отдельный вывод (например СП3-33-23). В моем распоряжении оказались широко распространенные резисторы В-группы (для регулировки баланса они не подходят), корпус которых после обработки наждачкой я и заземлил. Земли свел к одной выбранной точке (корпус регулятора низких частот), откуда направил их земле блока питания УМЗЧ. Фотография устройства и печатная плата:

Размер печатной платы 140х60 мм, здесь можно скачать файлик в формате .lay . Желаю успехов в повторении! .

Обсудить статью ТЕМБРОБЛОК

"Справочник" - информация по различным электронным компонентам : транзисторам , микросхемам , трансформаторам , конденсаторам , светодиодам и т.д. Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов .

К157УД2 – популярная отечественная интегральная микросхема, реализующая функционал двуканального операционного усилителя с низким уровнем собственного шума. Назначение ОУ чётко не прописано, ИМС может применяться в любых схемах, но наибольшее распространение она нашла в устройствах, работающих со звуковыми колебаниями (частоты 20-20000 Гц).

Класс точности операционного усилителя – средний.

Выходы ИМС имеют встроенную защиту от коротких замыканий.

Микросхема была разработана ещё в 80-х годах XX века, но это не значит, что она утратила свою актуальность в настоящее время. Она по-прежнему может стать основой хорошего звукового усилителя.

Внешний вид

Рис. 1. Внешний вид К157УД2

Тип корпуса, который можно найти на рынке – DIP 14. В другом виде ИМС не производится. Существует модификация КБ157УД2-4, эта ИМС безкорпусная.

Как и для других микросхем в данном корпусе, для К157УД2 актуальны следующие габариты (в мм) и нумерация ножек (смотри расположение ключа).

Рис. 2. Габариты К157УД2

А цоколевка (назначение контактов) – выглядит так.

Рис. 3. Цоколевка К157УД2

Типовые схемы включения К157УД2

Как и любой другой современный операционный усилитель, К157УД2 может быть включена в схему с однополярным или двуполярным питанием. В последнем случае качество усиления заметно лучше.

Усилитель с однополярным питанием

Схема включения при однополярном питании, в соответствии с рекомендациями производителя, выглядит следующим образом.

Рис. 4. Схема включения при однополярном питании

Усилитель с двухполярным питанием

Типовое включение при двуполярном питании может выглядеть так.

Рис. 5. Типовое включение при двуполярном питании

Приёмник СВ, ДВ

В качестве примера применения К157УД2 можно привести схему радиоприёмника средневолнового диапазона и длинных волн.

Рис. 6. Схема радиоприёмника средневолнового диапазона и длинных волн

Питание здесь однополярное. Используются оба ОУ, размещённые в корпусе К157УД2.
Первая катушка отвечает за приём средних волн – должна содержать около 80-100 витков.

А вторая – для длинных, 5-8 витков.

Ещё один вариант - усилитель для мостового включения.

Рис. 7. Усилитель для мостового включения

Подойдёт для эксплуатации с маломощными приборами (например, с наушниками, сопротивление / импеданс которых от 32 Ом).

Генераторы импульсов

ИМС позволяет относительно просто собрать генератор синусоидального сигнала.

Рис. 8. Генератор синусоидального сигнала

Данная схема имеет встроенный стабилизатор амплитуды.

А ниже вариант сборки генератора сигнала прямоугольной формы (меандра).

Рис. 9. Вариант сборки генератора сигнала прямоугольной формы

Обе схемы базируются на колебательных контурах R-C. Номинал сопротивления и ёмкости определяет задающую частоту.

Для первого случая (синус), частота рассчитывается по формуле ƒ = ½ π·R·C.
Для второго (меандр) - ƒ = ½ R·C·1n·(1 + 2·R2 / R1).

Усилители для магнитофонов

Как и говорилось выше, с применением К157УД2 часто изготавливали начинку для аудиоаппаратуры и стереомагнитофонов.

Например, усилитель для портативной версии выглядел следующим образом.

Рис. 10. Усилитель для портативной версии

А для классической магнитолы – так (с двуполярным питанием).

Рис. 11. Усилитель для классической магнитолы

Технические параметры

Напряжение питания может быть в диапазоне 3-18 В (плюс и минус). В предельном режиме работы допускается до 20В.

ИМС может эксплуатироваться при температуре окружающей среды -25 - +70°С.

Выходное напряжение (при питающем 15 В) – более 13 В.

Ток потребления составляет менее 7 мА.

Коэффициент усиления на частотах менее 50 Гц – свыше 50*103.

В диапазоне до 20 кГц – более 300.

U смещения нуля – 5 мВ (при питании 15В и выходном напряжении менее 1,2В).
Коэф. уменьшения синфазных вх. напряжений – более 70 дБ (при питании 15В и частоте ниже 50 Гц).

Коэф. взаимного проникания сигналов (из одного канала в другой) – менее -80 дБ (при питании 15В, частоте 1 кГц и Uвых – 7 В).

Рассеиваемая мощность – менее 500 мВт (показатель актуален для температуры окружающей среды свыше 25°С).

Сопротивление подключаемой нагрузки должно быть более 2кОм.

Ток короткого замыкания – менее 45 мА (при Uпит 15 В и Uвх – 20-180мВ).

Скорость нарастания вых. напряжения (макс.) – 0,5В / мкс.

Аналоги

Полной заменой К157УД2 может выступать отечественная ИМС КР1434УД1А (тип корпуса, распиновка и другие параметры совпадают, это УО средней точности, но напряжение питания – до 22В).

У того же производителя имеется усовершенствованная модель - К157УД3. Она тоже полностью совместима с исходной, но имеет ещё меньший уровень шумов.
Ещё одной альтернативой может выступать сдвоенный ОУ КР140УД20Б.
Из зарубежных аналогов замену можно подобрать только по функционалу (например, два одинарных ОУ LM301 и т.п.).

Даташит

Оригинальной документации разработчика уже не найти. В качестве альтернативы можно использовать описание специального справочника для ДОСААФ 1986 года. Скачать его можно

Дата публикации: 07.05.2018

Мнения читателей

• Дмитрий / 21.10.2018 - 07:26
  Что за n в формуле для меандра. Спасибо.

Описываемый усилитель, возможно, использовать с любыми источниками сигнала. Предназначен усилитель для работы с колонками, или динамическими головками мощностью 1 – 1,5 Вт. Его можно также использовать как усилитель для наушников. Собран усилитель на широкодоступных компонентах, которые можно извлечь из неисправной бытовой аппаратуры советского производства.

Первый вариант (К157УД2)

Характеристики:
Чувствительность 600 мВ.
THD % на частоте 1000 Гц не более 0,7%
Максимальная выходная мощность не более 0,7 – 1 Вт.

Собран усилитель на микросхеме К157УД2 и восьми транзисторах. Отличительной особенностью данного усилителя является наличие малого количества пассивных компонентов. Всего 4 резистора и 4 конденсатора на канал.

Электрическая принципиальная схема усилителя:

Принцип работы:

Сигнал усиленный микросхемой поступает на выходной каскад собранный на транзисторах. Каждое плечо этого каскада усиливает свою полуволну сигнала. В точке соединения эммитеров транзисторов сигнал оьединяется и подаётся в нагрузку. Напряжение равное половине напряжения источника питания устанавливается резисторами R2 и R3 (левый канал), также R5 и R6 (правый канал). В цепи отрицательной обратной связи стоит резистор R4 (левый канал) и R8 (правый канал).

DA1 (к157уд2) можно заменить на любой сдвоенный операционный усилитель

Выходные транзисторы можно заменить на:
VT1, VT5 кт315 с любым буквенным индексом, также можно применить кт3102 с любым буквенным индексом.
VT3, VT7 кт361 с любым буквенным индексом, также можно применить кт3107 с любым буквенным индексом. Очень важно чтобы коэффициенты усиления транзисторов VT1 и VT3, также VT5 и VT7 были равны.

Мощные транзисторы можно заменить на кт814 и кт815 с любыми буквенными индексами, но с равными коэффициентами усиления.

2 вариант (К157УД1)

Чувствительность 500 мВ.
THD % на частоте 1000 Гц не более 0,8%
Максимальная выходная мощность не более 0,7 – 1,5 Вт.

Схема второго варианта (показан 1 канал, второй собирается по аналогичной схеме).

В связи с применением более мощной микросхемы К157УД1, отпала необходимость использования транзисторов VT1, VT3, VT5, VT7, как в первом варианте. На выходе микросхемы во время работы присутствует сигнал достаточной амплитуды и мощности, чтобы подать на базы мощных транзисторов.

Применяемые детали и возможная замена:
Вместо микросхемы DA1 (к157уд1) можно применить любой одинарный операционный усилитель серий кр574, К140, К153. Но в плане экономии компонентов предпочтительнее первый вариант усилителя.
Вместо выходных транзисторов кт814в и кт815в можно применить транзисторы подобного типа с любыми буквенными индексами, но (обязательное условие) с равными коэффициентами усиления.
​На видео показана работа первого варианта усилителя, второй вариант собрал но видео с ним не стал снимать.

Печатную плату можно скачать

При разборе хлама в шкафу я случайно нашел свою прошлогоднюю (осень 2013-го) поделку — стрелочный индикатор уровня звука на микросхеме К157УД2. Почему-то тогда она у меня работать не захотела, и я ее забросил куда подальше. А сейчас решил окончательно разобраться — в чем же дело? Ведь сделанный тем же летом первый экземпляр устройства до сих пор исправно работает.
Статья, в которой описывается схема усилителя на микросхеме, находится , вариант 2, «Схема с однополярным питанием». Там же можно посмотреть цоколевку микросхемы К157УД2. Я же прилагаю схему со своими номиналами, главной частью которой является индикатор М68501 и его обвязка.

Сразу замечу, что ее можно подключать как на выход усилителя звука, так и на вход . В первом случае стрелочный индикатор будет показывать мощность выходного сигнала (и, соответственно, при уменьшении громкости регулятором стрелка будет «падать»), а во втором — мощность входного, что иногда бывает полезнее (например, визуально контролировать мощность подводимого сигнала, так как если ее приходит слишком много, то сигнал может начать искажаться). В схеме некоторые номера ножек микросхемы указаны в скобках — это значит, что можно собрать два идентичных усилителя на одной микросхеме, и, соответственно, подключить два индикатора: на правый и левый канал (или на вход и выход усилителя).
Оказалось, что пушки не стреляли по двадцати причинам, и первая из них — не было снарядов. А если говорить о микросхеме, то с ее питанием были серьезные проблемы. Так же пришлось заменить оба электролитических конденсатора (в те времена я еще не закупал их ведрами, поэтому поставил откуда-то вытащенные), разобраться с отпадающей ногой конденсатора 22 нФ и правильно подключить его. После этого схема заработала, хотя я еще не знаю, куда ее можно приспособить.
Диоды — Д311. Чуть хуже будут Д18.
Резистор R5 подстроечный и со «звездочкой» — это значит, что мало того, что его придется подкрутить под уровень сигнала (чтобы, например, при нормальной громкости усилителя стрелка болталась в районе 75% от шкалы), так еще не факт, что 47 кОм подойдет для всех случаев.
Если увеличить номинал резистора R4 (470 — 910k), то можно поднять коэффициент усиления микросхемы и заставить ее «чувствовать» более слабые сигналы (это как раз пригодится, если индикатор подключать ко входу усилителя звука). Например, мне для наблюдения выхода звука с плеера пришлось установить резистор в 1 МОм.
Немного фотографий моей схемы:





И демонстрация работы, когда производится наблюдение за выходом «ВЭФ 216»:

Особенностью схемы является невысокая чувствительность к высокочастотным сигналам (стрелка с бОльшим удовольствием приходит в движение от барабанов и бас-гитары, нежели от голоса и гитарных соло).
А на ночь глядя я встроил в корпус индикатора два синих пятимиллиметровых светодиода. Нормально светят от пяти вольт, если меньше — то работает только один, второй оказался подгоревшим. Для совместимости с другими питающими напряжениями подсветка включена через подстроечный резистор 500 Ом — можно легко запитывать всю схему от 5 — 9 вольт, надо только подкорректировать напряжение.