Спасти Джулию Или Предусилитель Для Измерения Ламповых Схем

[I_Avals]

Не секрет, что компьютер давно стал частью измерительной лаборатории радиолюбителя, серьёзно облегчая исследование и настройку различных устройств.

Единственно, что настораживает - это периодически встречаемая информация о погибших звуковых картах. Что, впрочем, не удивительно. В ламповых схемах встречаются постоянные напряжения и уровни сигнала не совместимые с жизнью, как выражаются патологоанатомы.

Да, есть рекомендации по обязательному применению внешних делителей, но, зачастую, всё это делается "на коленке" и на скорую руку. Лучше, чем ничего, но не то.

На мой взгляд, решением вопроса может стать создание специального предусилителя, способного принять на себя удар, выжить и защитить любимую и дорогую (простите за каламбур) звуковую карту.

В моём случае это ESI Juli@, имя которой и вынесено в заголовок темы.

Итак, какими параметрами должен обладать такой усилитель?

Прежде всего - высоким входным сопротивлением, чтобы не влиять на измеряемые цепи. Ку вполне может быть единичным, с возможностью подключения внешних делителей, поскольку типичные измеряемые уровни превосходят чувствительность карты. Ну и, естественно, быть как можно более "незаметным" на пути сигнала, чтобы сильно не ухудшать разрешающую способность тракта измерения.

В результате раздумий над этими свойствами родилась такая схема

"Сердцем" усилителя является LM4562, в параметрах которой столько нолей после запятой, что мне вообще непонятно, как их умудрились измерять.

C1, R1, VD1,2 и ZD1,2 - элементы защиты от аварийных входных напряжений. С1 имеет рабочее напряжение 630 Вольт, а R1 способен длительно выдержать 300 Вольт переменки. Протекающий при этом через защитные диоды и стабилитроны ток полностью для них безопасен, а перегрузка входа звуковой карты не превышает +4 - 6 Дб по амплитудному значению.

Входное сопротивление выбрано равным 1 МОм, как стандартное для осциллографов, что позволяет применять готовые щупы и легко получить диапазоны 1:1 и 1:10, причём второй с входным сопротивлением 10 МОм. Резисторы R3 и R4 позволяют получить диапазон 1:100, при положении переключателя на щупе 1:10. Входное сопротивление при этом падает до 9,3 МОм.

Итак, входная цепь достаточно устойчива к уровням напряжений, могущих попасть на вход и позволяет иметь чувствительности 2, 20 и 200 Вольт переменного напряжения на всю шкалу. С учётом высокого входного сопротивления это позволяет исследовать практически все каскады, как УМ, так и УН, даже на высокоомных лампах.

Интегратор на второй половинке микросхемы отвечает за подержание нулевого уровня на выходе.

Усилитель собран на одной ПП с БП

Теперь о главном - насколько "незаметен"усилитель?

Вот сравнительные результаты теста RMAA карты, включенной "сама на себя" и через усилитель.

Как видно, есть потери, но не катастрофические. 1,2 дБ по шумам, примерно в 7 раз ухудшилась цифра КНИ и в 3 раза по интермодуляции.

АЧХ практически не пострадала

Для первого блина, по моему не плохо.

На графике шума видна наводка 50 Гц при применении усилителя

Скорее всего это результат недостаточного экранирования. Окончательно выяснится после изготовления корпуса.

Первые выводы - потери по КНИ, возможно, обусловлены топологией платы, поскольку заявленный уровень искажений ОУ (0.00003%) ниже, чем у звуковой карты. Можно поработать в этом направлении.

А можно и ничего больше не делать, поскольку достигнутый показатель минимум в 10 раз лучше, чем ожидвемый от тестируемого усилителя.

Развитие темы

1. Прототип от Alex - 007

2. Прототип на 6Ф12П

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[salyamkamrad]

Итак, какими параметрами должен обладать такой усилитель?

Гальванической развязкой он должен обладать.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[I_Avals]

Неплохо бы.

Можете предложить работающую схему гальванической развязки с такой полосой частот, уровнем искажений и шумов? Желательно за разумные деньги и не на экзотических элементах.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[salyamkamrad]

В том то и дело, что за разумные деньги ничего подходящего не припоминается. Либо ерунда с опторазвязкой, либо нормальные трансформаторные устройства с модуляцией и демодуляцией, но начиная с 2000 руб и с полосой дела не ахти. Увы нам...

[I_Avals]

Тогда, чем Ваш совет отличается от совета чукчи из анекдота, который, наблюдая за попытками геологов извлечь застрявший в болоте вездеход, глубокомысленно изрёк - Однако, трактор нужен.

Опторазвязка не обеспечит КНИ, МДМ - полосы частот. Обе - шумов.

[kalmyk]

Так ли уж нужна гальваническая развязка?

Схема самодостаточна, дешево и сердито.

[salyamkamrad]

Тогда, чем Ваш совет отличается от совета чукчи

Фактически ничем. И не совет это был, крик души.

Так ли уж нужна гальваническая развязка?

Ну тут как... Если земли развязать, может и не было бы горба 50 герц на пятом рисунке.

[тимвал]

При пробое изоляции в ТС усилителя, по массе выгорит и чип и дорожки на материнке. Опыт уже имеется.

[ПРАЙМЕР]

Сплюнул ессно , пока ничего на 2 компах не выгорало , пытался сделать простенькую защиту на диодах , но эта зараза вносила дополнительные гармоники - обогащала спектр , отсоединил.

Пользую пока простые делители .

[I_Avals]

... пытался сделать простенькую защиту на диодах ...

Диод, как элемент пороговой защиты очень нехорош, особенно в высокоомных цепях. Заметно влияет уже с 250 - 300 мВ. А у меня 2 Вольта. Поэтому защитные диоды подпёрты стабилитронами, гарантирующих наличие обратного закрывающего напряжения при нормальной работе.

[I_Avals]

При пробое изоляции в ТС усилителя, по массе выгорит ..

Пробое изоляции чего? Конденсатора С1? Так после него стоит резистор способный выдержать 300 Вольт хоть постоянки, хоть переменки при номинальной мощности рассеяния. После него - цепочка из диодов и стабилитронов, допустимый ток которых превышает ток, при котором сгорит R1.

Я, конечно не утверждаю, что это абсолютная защита, но всё же лучше, чем делитель собранный на коленке и упования на собственное везение. Типа сплюнул ессно.

Да! Чуть не забыл!

Всё описанное выше - это диапазон 1:1 (2 Вольта) Типично нужен диапазон 1:10 (20 Вольт) а там, на входе, добавляется резистор щупа - 9 Мом.

[Paulschen]

а если просто варистор поставить? параллельно входу "жульки"?

Изменено 7 августа, 2015 пользователем Paulschen

[I_Avals]

На какое напряжение? 3 Вольта? Такие бывают?

Для выполнения защитных функций варистор применяют в паре с последовательно включенным сопротивлением. Какой величины оно, по Вашему, должно быть?

Кроме того, предусилитель, кроме функции защиты, реализует соглаcование уровней и импедансов.

[I_Avals]

Усилитель обрёл корпус

Остались вопросы с наводкой на 50 Гц и КНИ. Буду думать над торологией ПП.

[Lexus]

Полезное устройство. Если хотите полностью избавиться от паразитных гармоник сети, то следует включить возможность разрыва цепи GND от входа к выходу, поскольку почти всегда звуковая карта выступает в роли и генератора, и измерителя одновременно. Например, в карте E-MU 0404 USB переключатели "GND Lift" установлены производителем. Потом, следует учитывать, что вход предусилителя с высоким импедансом, а рядом работает трансформатор. Предусмотрите батарейное питание или вынесите трансформатор с выпрямителем в отдельный блок, чтобы к устройству подводилось постоянное напряжение. А что касается ухудшения THD+N, так это, скорее всего, от стабилитронов. Они включаются в работу задолго до порогового напряжения.

[salyamkamrad]

Усилитель обрёл корпус

Аккуратный корпусочек. Чем металл гнули?

Почему бы стабилитроны не зашунтировать конденсаторами, на всякий случай?

[I_Avals]

Если хотите полностью избавиться от паразитных гармоник сети, то следует включить возможность разрыва цепи GND от входа к выходу,

Делал. Просто отпаял зкран от выходного разъёма. The same.

рядом работает трансформатор

Думал об этом. Трансформатор сейчас в магнитном экране - ничего не поменялось. Попробую вынести, посмотрим.

Переходить на батареи не хочу. Во первых, дополнительная суета и затраты, во вторых, уже достигнутые параметры усилителя минимум дБ на 20 превосходят те, что ожидается мерять на ламповых усилителях.

Насчёт стабилитронов - вопрос пока не исследован, поскольку VD1 и 2 не запаяны. Считайте, что их временно нет. Когда решу, что с шумами и гармониками покончено - запаяю диоды и увижу, что дают стабилитроны.

Гнул на работе, на гибочном станке.

[Lexus]

Забыл спросить: у Вас первый ОУ работает с теми номиналами, что на схеме? То есть при Ку меньше 1?

[I_Avals]

Да, с теми. Только Ку (общий) = 1

Входной сигнал ослабляется R1, R2 до величины 0,82 входного. В цепи ООС стоит делитель из R9 и R7 // R8, компенсирующий это ослабление.

Разобрался откуда ноги, в смысле гармоники, растут.

Попробовал выровнять сопротивления входной цепи и цепи ООС, убрав R7 и поставив R8 820 кОм, а R9 - 180 кОм. Гармоники моментально прыгнули выше 1-го %.

Похоже, ОУ не всё равно с какими импедансами работать. Сделал R8 2 кОм, а R9 - 430 Ом, чтобы уменьшить импеданс в цепи ООС, сохранив усиление. Всё вернулось на место.

Тогда закоротил резистор R1. И - Voilà! - получил КНИ 0,0009% - всего в 1,5 раза больше, чем имеет карта.

Теперь надо думать, как подружить 1 МОм с LM4562 или искать альтернативную схемотехнику.

[Paulschen]

На какое напряжение? 3 Вольта? Такие бывают?

Для выполнения защитных функций варистор применяют в паре с последовательно включенным сопротивлением. Какой величины оно, по Вашему, должно быть?

http://www.chipdip.ru/catalog/varistors/?p.1042=8 - варисторы на напряжение 8В. Если это слишком много, то что мешает подключить параллельно варистору обычный Г-образный делитель?

Варистор подключают параллельно защищаемой нагрузке. Никакого последовательного резистора для этого не требуется, если только у Вас нет необходимости ограничить ток через сам варистор.

[I_Avals]

Замечательно! Скачал даташит, посмотрел параметры

Max. Operating Voltage (V) rms, 4

Varistor Voltage (V) 8

Max. Clamping Voltage (V) 19 at 1A

Посмотрим, как это соотносится с параметрами карты. 0 дБ это 2 Вольта rms или 2,8 Вольта амплитуды. Схема защиты в моём усилителе ограничит амплитуду входного сигнала карты на уровне 3,9 + 0,7 = 4,6 Вольта или + 4,3 дБ.

Варистор, как защитный элемент, начинает срабатывать при амплитуде 8 Вольт или + 9 дБ. Это вдвое выше. И это не ограничение. Это, только, начало срабатывания.

При определённых условиях, скажем, случайно коснулся плюса заряженного конденсатора 400 Вольт и 680 мкФ, ток через варистор может достичь, а то и превысить 1 А, а соответствующая амплитуда - 19 Вольт или + 17 дБ.

Вы уверены, что вход карты выдержит амплитуду в 19 Вольт без малейшего вреда? Не хотите ли испытать на своей? Это две накальные обмотки без нагрузки, соединённые последовательно.

Далее. Варистор, без повреждения, способен поглотить энергию в 0,1 Дж. Это соответствует энергии конденсатора в 0,1 мкФ, заряженного до напряжения 300 Вольт. Как видите, стойкость выбранного Вами варистора, как защитного элемента, весьма невелика.

В связи со сказанным вопрос - как Вы представляете себе надёжную защиту карты варистором в описанном выше случае с попаданием анодного на вход, без каких либо мер по ограничению тока через него?

Скромно замечу, что предлагаемая мной схема защиты такое испытание выдержит. И ничего не придётся потом в ней восстанавливать.

[Paulschen]

...Посмотрим, как это соотносится с параметрами карты. 0 дБ это 2 Вольта rms или 2,8 Вольта амплитуды. Схема защиты в моём усилителе ограничит амплитуду входного сигнала карты на уровне 3,9 + 0,7 = 4,6 Вольта или + 4,3 дБ...

4,6 Вольта на нагрузке 4 Ом - это 5,3 Вт мощности, на нагрузке 8 Ом - вполовину меньше. Хотелось бы понять, как Вашим устройством измерить параметры усилителя 12Вт/8Ом (обычное значение для двухтакта на 6П14П)?

Далее, Вы пишете, что "входное сопротивление усилителя выбрано равным 1 МОм". Что будем мерить - параметры усилителя в режиме ХХ? - так это не интересно.

Вы спрашиваете, выдержит ли вход карты амплитуду в 19 Вольт. Так поставьте параллельно варистору Г-образный делитель из сопротивлений 7+1Ом и подключайте карту к резистору 1Ом - измерения получатся честнее.

Если не устраивает энергия, которую способен поглотить варистор - что мешает выбрать более мощный, с соответствующим изменением параметров резисторов в делителе?

P.S. я не настаиваю на варисторе - просто предлагаю другой вариант.

[I_Avals]

В таком случае, теоретическое обсуждение считаю законченным. Как я понимаю, практически проверенных схем защиты на варисторе, а тем более, каких либо собственных результатов измерений таких схем у Вас нет.

Хотелось бы понять, как Вашим устройством измерить параметры усилителя 12Вт/8Ом (обычное значение для двухтакта на 6П14П)?

Далее, Вы пишете, что "входное сопротивление усилителя выбрано равным 1 МОм". Что будем мерить - параметры усилителя в режиме ХХ? - так это не интересно.

Отвечу в порядке поступления.

1. Очень просто. 12 Вт / 8 Ом это 9,8 Вольт RMS. Если Вы обратили внимание, то вход предусилителя конструктивно сделан в виде BNC разъёма. Это, совместно с R вх 1Мом, позволяет применять стандартные щупы от осциллографов, имеющие Кд 1 : 10. С таким щупом чувствительность предусилителя становится равной 20 Вольт на всю шкалу. Иными словами, сигнал упомянутого Вами усилителя на графике спектра будет иметь первую гармонику на уровне 9,8 / 20 = 0,49 или -6,2 дБ. Это проблема?

К стати, возможность применения стандартных щупов и получаемые при этом чувствительность и входное сопротивление описаны в первом посте.

2. Каким образом входное сопротивление усилителя 1 МОм соотносится с режимом ХХ на выходе усилителя? Нагрузка УМ (4, 8 или сколько там надо Ом) это одно дело, входное сопротивление измерительного прибора - другое. Когда для измерения напряжения на резисторе, имитирующем нагрузку усилителя, Вы используете осциллограф или милливольтметр с тем же R вх 1 МОм - это Вас не напрягает? Или Ваши измерительные приборы имеют требуемое для нагрузки усилителя входное сопротивление соответствующей мощности - 8Ом, 15 Ватт?

Кроме того, мне интересно, например, оценить, что происходит на аноде той же 6Н2П, когда она раскачивает упомянутый Вам каскад на 6П14П. Сопротивление сетки последней, нагружающее 6Н2П и так уже 0,47 - 1 МОм. Измерительный прибор, как известно, не должен вносить существенного влияния в измеряемую цепь. В это свете, получаемое со щупом 1:10 входное сопротивление 10 МОм мне видится абсолютно уместным.

Поймите - я разрабатываю усилитель не с целью разового измерения случайно собранной конструкции на 6П14П. Я давно и разносторонне занимаюсь лампами и хочу создать устройство максимально отвечающее как разнообразным потребностям в измерениях, так и защите от возможных рисков. Поверьте, провода под напряжением, падающие в самый ответственный момент - это не монополия американских ужастиков.

[I_Avals]

Тут звучали пожелания по поводу опторазвязки измерительного усилителя и звуковой карты. Как я понимаю, дальше пожеланий дело не двинется.

Посему, решил посмотреть, что, вообще, может получиться из этого.

Года назад нашёл в интернете такую вот схему

Собрал, только вместо транзисторного оптрона использовал резисторный - H11F3, ориентируясь на довольно высокую заявленную линейность и быстродействие. Получился такой вот эскизик

Результаты тестирования

Неравномерность АЧХ (в диапазоне 40 Гц - 15 кГц), дБ +2.86, -10.98

Уровень шума, дБ (А) -82.6

Гармонические искажения, % 0.222

Интермодуляционные искажения + шум, % 0.205

Интермодуляции на 10 кГц, % 0.437

Частотная характеристика

Гармонические искажения + шум (-3 дБ)

Полученный уровень шума обнадёживает, хотя и далёк от желаемого. Искажения и полоса ожидаемо плохие.

Судя по уровню, шум определяется наводкой 50 Гц. Плата не экранирована. В остальном диапазоне уровень -100 - 110 дБ радует.

Надо решать вопросы искажений и полосы частот.

Не так просто будет создать устройство, соответствующее параметрам карты.

[тимвал]

А может сделать вот так?

Простенько и со вкусом.