Балансный вход для усилителя

[SOVA]

Однажды попал ко мне на стол усилитель Pioneer RS-A1. Аппарат очень достойный, с оптическим цифровым входом и процессором на борту. Хозяин этого усилителя не использовал цифровую часть, и вывел аналоговые входы на RCA разъёмы. Он и обратился ко мне с проблемой относительно этих входов. Усилитель мощности отличный, но в такой конфигурации в составе автомобильной аудиосистемы фонит, причём заметно.
Мне очень повезло, что нашлась схема этого аппарата. Обычно это совсем не так, и приходится гадать, как разработчики собрали блоки усилителя в единую систему. Анализ схемы подсказал, что нужно убрать микросхему регулятора громкости, но оставить преобразователь однопроводного сигнала в балансный, потому что усилитель мощности придуман для работы с балансным входом. Оказалось, что предыдущий мастер, который вывел RCA входы в этом усилителе, уже так и поступил. Кроме того, он заменил микросхемы операционных усилителей с NJM5532 на LME49710. Лучше не придумаешь. Схема регулятора чувствительности построена на переменном резисторе ALPS, что тоже отлично. Однако, в чём суть проблемы шумов и наводок?
Оказалось, проблема в топологии усилителя. Для аппарата с оптическим входом не существует проблемы земляной петли, и этот усилитель построен так, что общий провод аналоговой части подключён к минусовой клемме силового питания 12 вольт. Из-за двух точек подключения массы – на клемме питания усилителя и на клемме питания источника сигнала и происходили наводки на вход усилителя. Решение проблемы достаточно простое – поставить дифференциальный усилитель и сделать балансный вход с развязкой от общего провода.
Вот над конкретной реализацией схемы балансного входа я и задумался. Самой первой мыслью было поставить стандартный дифференциальный усилитель с четырьмя резисторами:



Это просто и надёжно, но неправильно. В такой схеме выходное сопротивление источника сигнала складывается с сопротивлениями обратной связи, и получается рассогласование балансного усилителя. Помехи с входной массы спокойно пробегают на выход. Борятся с таким эффектом в лоб: добавляют два повторителя на оба входа, чтобы выходное сопротивление источника не влияло на баланс дифференциального усилителя:



Однако, это уже три усилителя на канал. Это много и с точки зрения корпусов, и с точки зрения минималистичности схемы. Задачка для размышлений.
Есть ещё одна схема балансного усилителя на двух операционниках, лишённая недостатков первой схемы:



Правда, здесь есть свои подводные камни. Во всех мануалах предостерегают о точном подборе четырёх резисторов, иначе подавление синфазного сигнала падает гораздо быстрее, чем у первой схемы. Но у меня в запасе оказались резисторы с однопроцентной точностью, и я решил рискнуть. Нарисовал полный вариант этой схемы с входной частью, и развёл небольшую плату:



Операционный усилитель я поставил очень хороший. OPA1664, серии Sound Plus от TI. Не окрашивает звук, прозрачен для музыки. Регулятор чувствительности подключил между платой балансного входа и входом усилителя. Монтаж готовой входной платы в усилителе выглядит вот так:



После проверки подключения пришла очередь измерений. С искажениями всё в порядке: КНИ = 0,008%. Уровень шумов во всей полосе не выше – 100 дБ. Измерил я и подавление синфазной составляющей по входу. В одном канале – 58дБ, в другом – 70дБ без подбора резисторов. Это очень хороший результат. С таким входом отношение сигнал / шум в автомобиле будет больше, чем 90 дб. Разделение между каналами не меньше 100 дБ, тоже хороший результат для схемы на одном кристалле.
В общем, новая схема балансного входа мне понравилась. Работает стабильно, выдерживает перегрузки. К тому же у него есть одно преимущество: симметрия входов позволяет поменять местами массу и сигнал. А это даёт возможность построить один канал усилителя инвертирующим (для мостового подключения) без использования дополнительного инвертора. Минималистичность, блин!


P.S. Небольшое добавление. Проверка на столе показала отличный результат, но на стенде, при подключении к реальному Alpine выявилась одна особенность. Для наилучшего качества звучания я не поставил разделительные межкаскадные конденсаторы на выходе платы. Они также отсутствуют и в остальной части схемы усилителя. Получился усилитель постоянного тока. Но! На выходе магнитолы в паузах между треками и при поиске дорожки срабатывают ключики Mute. Эти ключи блокируют переходные сигналы и убирают шумы магнитолы в паузах. Они построены на биполярных транзисторах, и при срабатывании добавляют постоянную составляющую на выход магнитолы. Усилитель честно усиливает это напряжение, и на выходе появляется постоянная составляющая, которая вызывает срабатывание защиты выхода усилителя от постоянного напряжения. Пришлось на выход блока дифференциального входа поставить разделительный межкаскадный конденсатор. Неполярный электролит Nichicon спас положение и мою репутацию .