MС-головки обладают прекрасными характеристиками, но им требуется дорогой повышающий трансформатор. Его может заменить несложная схема на ОУ AD797.

ВОЗВРАТ К ИСТОКАМ

Умные люди давно уже подметили, что каждый формат записи достигает вершины своего развития аккурат перед тем, как сойти со сцены. Так было c катушкой, кассетой и мини-диском. То же, в общем, произошло и с винилом, с той только разницей, что за свою более чем 60-летнюю историю грамзапись пережила не один взлёт и провал.

Последний пик, похоже, был вызван распространением звукоснимателей с подвижной катушкой (Moving Coil, или MC), вернее, появлением схемных решений, позволяющих при работе с ними добиться приемлемого уровня шума. Впрочем, насчёт «распространения» — это, скорее, преувеличение. MC-головки вышли на рынок в конце 70-х, в первые три-четыре года не все хай-файщики успели даже с ними познакомиться, а тут как раз и компакт-диск объявился. Дальнейшее известно.

Но у меня лично осталось ощущение, что чего-то в виниле я не распробовал, захотелось наверстать упущенное. Беда только в том, что в моём преде, который в остальном меня устраивает, корректор предусмотрен только для головок с подвижным магнитом (MM). Аналогичная, кстати, ситуация сложилась с большинством современных стереоусилителей (кроме тех, что претендуют на звание хай-энда), включая и AV-ресиверы. Мне кажется, кое-кому будет интересен опыт создания предкорректора, который включается между МС-головкой и фонокорректором, рассчитанным на работу с подвижной катушкой.

За те годы, которые винил провёл «в подполье», появилось немало радиоэлектронных компонентов, облегчающих создание сверхмалошумящих усилителей. Во-первых, это уникальные транзисторы 2SD786 фирмы Rohm Co., LTD с сопротивлением базы 4 Ом. Они разрабатывались специально для получения низких шумов с очень низкоомными источниками сигнала, фактически для первых каскадов корректоров MC. Правда, как вы понимаете, транзисторы не выпускают тысячами и даже десятками тысяч штук, а годовая потребность в них даже по всему миру вряд ли дотянет до 100 тысяч. Поэтому нынче они не производятся, и найти их вряд ли кому удастся. Впрочем, можно добиться того же результата при параллельном включения шести обычных малошумящих транзисторов с rб примерно 50 Ом (2N4124, 2N4250, BC384, BD53 и т.п.). Тут важно только обеспечить оптимальный ток (обычно 1 мА) через каждый переход. По такому принципу нынче делают корректоры для MC многие производители аудиотехники, например Naim. Я же предпочитаю схемы с симметричным питанием как более линейные по сути. Очень заманчивые перспективы сулит использование в буферном каскаде согласованной пары транзисторов, подключённых к малошумящему операционному усилителю. Причём годятся ОУ широкого применения: OP-37 от Analog Devices или сдвоенные OP-270, или LM833 от National Semiconductors. Самая известная из согласованных пар транзисторов — это LM 394 разработки NatSemi, но ещё больше в этом деле преуспела AD, которая выпускает пары не только npn, но и pnp-типа.

Шумовые характеристики согласованных пар транзисторов я свёл в небольшую табличку (табл. 1). Расчёт показывает, что с использованием буфера из трёх параллельных npn-пар удастся получить предкорректор с плотностью шума 0,5 нановольт, делённой на корень из герц. Если то же самое проделать с pnp-парой, то выйдет уже 0,4 nV/√Hz  — меньше, чем у 10-омного резистора. То есть такой усилитель позволит получить отношение сигнал/шум (по кривой А), приближающееся к 70 дБ. Естественно, при использовании операционного усилителя будет обеспечена и очень высокая линейность (к.н.и. около 0,01%), и хорошее подавление синфазной помехи по питанию.

Табл. 1

Зачем всё это надо? Действительно, бытует мнение, что независимо от субъективной оценки звучания качественные показатели записи на диск очень средние. Тогда позволю себе напомнить некоторые положения ГОСТа на параметры механической записи. Итак…

Особенно обидно всегда было за последний параметр, поскольку лучшие головки типа ММ не могли обеспечить переходное затухание выше 29 дБ (1 кГц), а чаще фигурировали значения 25 — 27 дБ.

Кажется, я отвлёкся. Мне не удалось с ходу найти ни одной из приведённых выше транзисторных сборок, по крайней мере, в розничной продаже. К счастью, есть ещё одна возможность построения предкорректора — с использованием ультрамалошумящих ОУ. Вот известные мне микросхемы в порядке их появления на рынке (табл. 2).

Табл. 2

В общем, наиболее предпочтительно было бы использовать LinTech LT1028 или LT1128 (у неё полоса единичного усиления всего 13 МГц, а не 50), или даже «отбраковку по шумам» LT1115. Но вот жалость — не везут их к нам. Впрочем, не будем снобами — AD это тоже не худший вариант, тем более что в нашем случае (при малом выходном сопротивлении источника) токовые шумы большой роли не играют.

Как показывают приблизительные прикидки, одной микросхемы для получения желаемого отношения сигнал/шум недостаточно, то есть надо запараллелить хотя бы две. Выходное сопротивление двух (трёх — тем более) параллельных микросхем будет меньше 1 кОм, поэтому для выходного буфера надо взять ту же AD797.

Принципиальная схема приводится. При разработке подобных устройств на ОУ основные трудности связаны не только с шумами, но и с малым коэффициентом усиления. Учитывая, что э.д.с. головки типа MC «на круг» примерно в 10 раз ниже, чем у MM, коэффициент усиления должен быть порядка 20. Чем меньше номинал заземляющих резисторов (R7 и R9 на схеме) в цепи обратной связи, тем ниже их шумы, но уменьшать резисторы обратной связи (R6, R8) тоже нельзя — во избежание перегрузки ОУ. То есть надо быть готовым к тому, что показатель к.н.и. возрастёт по сравнению с тем, что было обещано изготовителем для нагрузки 600 Ом. Правда, там обещаны какие-то тысячные доли процента, так что запас есть. Тем более что идеально отрегулированный тонарм (если он не тангенциальный) вносит ошибку следования, приводящую к нелинейным искажениям (tracking distortion) 0,2 — 0,3%. В данной схеме каждый из входных ОУ нагружен на 406 Ом (3 кОм и 470 Ом параллельно). Коэффициент усиления 470/15 + 1 = 32,3. Многовато? Можно, конечно, увеличить номинал резисторов R7 и R9, но надо учесть, что в большинстве предусилителей выход фонокорректора в 2 — 3 раза слабее, чем, скажем, при работе с CD-проигрывателем, а так появляется возможность уравнять их в правах.

Теперь рассчитаем шумы усилителя. Эквивалентное сопротивление источника по двум входам для каждого входного ОУ вычисляется как сумма из параллельно соединённых R6 и R7, а также R1 и Rs, где Rs — сопротивление источника сигнала. Чтобы соотнести расчёт с измерениями усилителя в режиме холостого хода, будем считать, что головка не подключена, и тогда R_eq = 100 + 14,5 = 115 Ом. Эквивалентная плотность шумовой э.д.с. r_n вычисляется при температуре 25 градусов Цельсия как 0,13 х √R_eq. В нашем случае реальная температура усилителя будет 40 градусов или чуть ниже. Пересчитывая коэффициент пропорциональности, получим

r_n = 0,14 х √115 = 1,5 nV/√Hz.

Шум напряжения ОУ e_n = 0,9 nV/√Hz.

Напряжение шумов, вызванное токовым шумом e_i = i_nх R_eq = 0,001 х 115 = 0,115.

Наконец, e₁ = √e_n² + r_n² + e_i²  =  √0,85² + 1,5² + 0,115² = 1,73 nV/√Hz

Теперь надо учесть, что при параллельном включении N ОУ шумы напряжения уменьшаются в корень из N, а шумы тока во столько же растут. (Вот поэтому имеет смысл параллелить операционники только тогда, когда сопротивление источника R_eq мало.)

Получим e₁ = 1,23 nV/√Hz. Чтобы из плотности шума получить его напряжение, надо умножить этот показатель на корень из ширины полосы в герцах. Возьмём полосу в 200 кГц — примерно так будет ограничивать входной конденсатор C1 при типичной L головки 80 мкГн. Получим 1,23•10^-3 х 447 = 0,550 мкВ. Умножив на коэффициент усиления, получим шум на выходе 17,7 мкВ. Если соединить параллельно не два, а три ОУ, общий уровень шумов уменьшится на 1,5 дБ, это притом, что каждая микросхема AD797 у нас стоит не намного меньше 10 у.е. Нужно ли платить 600 кровных рублей за 1,5 дБ шума — это уже решать каждому для себя.

Детали. AD797 продаются в корпусах SOIC (где только можно) и Mini-DIP (это поискать). Конечно, Mini-DIP удобнее при ручном изготовлении, но места занимают больше. Я, в частности, стремился до предела сократить габариты усилителя, чтобы его можно было без проблем установить в мой пред, и использовал 4 штуки в корпусе SOIC (на входе) и две — в Mini-DIP. Печать получилась размером 72,5 х 50 мм, и плата встала прямо внутрь кожуха родного корректора MМ. Две пары золочёных перемычек на входе нужны для обхода усилителя при работе с ММ-головкой.

Все резисторы — металлоплёночные однопроцентные. Дело здесь не столько в точности (что, впрочем, никогда не вредно), а в том, что они вносят заметно меньше (по сравнению с угольными) фликкер-шума. Резисторы R2 — R5 угольные, здесь важна их низкая индуктивность, поскольку они призваны демпфировать индуктивность выводов фильтрующих конденсаторов C2 — C5. Кстати, фильтрующие электролиты желательно использовать только танталовые — у них ESR ниже. Если конкретно, то с алюминиевыми электролитами в фильтрах входных ОУ измеренное выходное напряжение шума (в полосе 200 кГц) составило 26 мкВ, а после замены их танталовыми — 17 мкВ. Вот так, даже несколько ниже, чем было предсказано теорией. Кстати, многое зависит от источника питания. Оно должно быть только стабилизированным с напряжением пульсаций не больше 5 мВ. А вообще параметры получились такие:

Как и все малошумящие схемы, устройство не страдает отсутствием аппетита, потребляя 53 — 54 мА от источника ±15 В. Поэтому в источнике питания вашего преда должен быть резерв в 1,65 Вт, исходя из чего, кстати, в расчёте шумов я брал температуру 40 градусов Цельсия — для него это самый рабочий режим.

Об авторe

Выпускник МАИ, в 1980-м поступил в очную аспирантуру Научно-исследовательского кинофотоинститута (НИКФИ), где с 1982 по 1999 г. работал в лабораториях звукозаписи и электроакустики. В составе конструкторской группы Elation принимал участие в разработке конденсаторных студийных микрофонов, а позднее — кинотеатральных surround-громкоговорителей для систем Dolby Digital. С 2000 года работает в журнале «АвтоЗвук» редактором отдела испытаний.