СХЕМА ТЕМБРОБЛОКА И ЕГО РАСЧЕТ
Оценка качества воспроизведения звукового сигнала ламповым УНЧ, как и любым звуковоспроизводящим
устройством, осуществляется каждым слушателем индивидуально, на основании субъективного восприятия усиливаемого
сигнала. При этом каждый пользователь в процессе прослушивания какой-либо фонограммы не только оценивает
ее качество, но и желает иметь возможность изменять параметры воспроизводимого сигнала в соответствии
со своими личными запросами. Качество воспроизведения, в первую очередь, определяется частотной характеристикой
звуковоспроизводящего устройства, поэтому в нем необходимо использовать регулятор частотной характеристики,
который позволил бы устанавливать наилучшее для слушателя соотношение напряжений в диапазоне воспроизводимых
частот. Для этой цели в УНЧ применяются специальные каскады, представляющие собой регуляторы частотной
характеристики. В этих каскадах, часто называемых регуляторами тембра, обеспечиваются подъем или завал
сигналов определенных частот по отношению к сигналам других частот в пределах полосы пропускания. Довольно
часто задача таких регуляторов ограничивается подъемом или завалом сигналов крайних частот звукового диапазона
относительно сигналов средних частот. В ламповых УНЧ эффективно действующие регуляторы частотной характеристики
позволяют скорректировать характеристику усиливаемого сигнала в соответствии с акустическими свойствами
помещения, компенсировать возможные отклонения от типовых характеристик вследствие возможных искажений,
добиться наиболее естественного звучания фонограммы.
Со времени появления первых ламповых УНЧ в звуковоспроизводящей аппаратуре применялось
множество схемотехнических решений регуляторов тембра. Некоторые из них не выдержали проверку временем,
так как не удовлетворяли постоянно растущим требованиям пользователей. Другие же, после многочисленных
модернизаций и усовершенствований, и сейчас используются в современной промышленной и радиолюбительской
высококачественной ламповой аппаратуре. Ограниченный объем предлагаемой книги не позволяет подробно рассказать
обо всех возможных вариантах регуляторов тембра для ламповых УНЧ. Поэтому ниже будут рассмотрены лишь
наиболее часто используемые схемы.
Подавляющее большинство схемотехнических решений регуляторов тембра базируется на
использовании переменных сопротивлений и постоянных конденсаторов. Работа этих регуляторов основана на
том, что с увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается. Необходимо отметить, что обычно
в высококачественной звуковоспроизводящей ламповой аппаратуре регулировка тембра осуществляется с использованием
отдельных регуляторов для сигналов низших, средних и высоких частот. Однако часто, особенно в радиолюбительских
конструкциях, можно встретить регуляторы тембра, объединенные механически. Элементы схемы таких каскадов
подбираются так, чтобы при одновременном регулировании тембра получить сбалансированное изменение полосы
пропускания лампового УНЧ, чем обеспечивается приятное звучание усиливаемого сигнала даже при сравнительно
узкой полосе пропускания.
Чаще всего в каскадах регуляторов тембра высококачественной звуковоспроизводящей
аппаратуры непосредственно в качестве регуляторов используются переменные резисторы, позволяющие постепенно
или плавно изменять усиление в пределах воспроизводимого диапазона частот. Однако нередко в ламповых усилителях
НЧ применяются и ступенчатые регуляторы, которые иногда называют тон-регистрами. С их помощью для наилучшего
воспроизведения определенной фонограммы можно сразу выбрать соответствующую частотную характеристику усилительного
тракта. Особого внимания заслуживают многоканальные (чаще всего трехканальные) регуляторы тембра, которые
применяются совместно с раздельными усилительными трактами, например, для высших, средних и низших частот,
работающих на соответствующие отдельные акустические системы. Преимущества этих систем особенно заметны
в больших аудиториях и при больших мощностях.
В ламповых УНЧ промышленного производства каскады, обеспечивающие регулировку тембра,
обычно входят в состав предварительного усилителя. Регуляторы тембра могут устанавливаться и на входе
усилителя, а также между предварительным и оконечным усилителями. Аналогичные схемотехнические решения
применяются и в некоторых радиолюбительских конструкциях.
В современной ламповой аппаратуре высокой верности воспроизведения звука регулирование
тембра обычно осуществляется с использованием как частотно-зависимых регуляторов усиления, так и регуляторов
уровня частотно-зависимой отрицательной обратной связи. Помимо этого возможно построение регуляторов тембра
с применением различных комбинаций указанных способов. При выборе схемы регулятора тембра необходимо учитывать,
что для первого способа регулирования характерна переменная крутизна наклона частотной характеристики
на границах диапазона и неизменная частота перехода. Регуляторы тембра, установленные в цепи частотно-зависимой
отрицательной обратной связи, имеют переменную частоту перехода и неизменную крутизну наклона частотной
характеристики.
Одним из важнейших условий, определяющим выбор схемы регулировки тембра в ламповом
УНЧ, является устойчивость работы усилителя и отсутствие нелинейных искажений или генерации. На практике
довольно часто регуляторы тембра, включенные в цепь отрицательной обратной связи, являются причиной искажений.
Эти искажения обусловлены изменениями фазовой характеристики при глубокой регулировке частотной характеристики.
Поэтому в любительских конструкциях предпочтение нередко отдается схемам, в которых регулировка тембра
осуществляется в канале усиления, а не в цепи отрицательной обратной связи.
Необходимо отметить, что заметное на слух изменение тембра обычно происходит, когда
соответствующие регуляторы обеспечивают изменение усиления на данной частоте не менее чем на 6 дБ, то
есть в 2 раза. Однако для высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры этого минимального изменения
усиления оказывается недостаточно. Поэтому, для того чтобы слушатель мог в широких пределах изменять тембр
звучания любой фонограммы, регуляторы тембра должны обеспечивать изменение усиления на крайних частотах
звукового спектра не менее чем до 15-20 дБ. При этом выбор пределов для каждого отдельного регулятора
тембра должен определяться и с учетом свойств и особенностей акустической системы.
Следует также учитывать, что для регулирования тембра в широких пределах и с подъемом
частотной характеристики на крайних частотах полосы пропускания при любом способе регулирования необходимо
иметь в усилителе соответствующий запас по усилению.
Отличительной особенностью простых регуляторов тембра, применяемых, чаще всего, в
маломощных ламповых УНЧ, является обеспечение относительного подъема сигналов низших частот, достигаемого
за счет завала высших частот. В свое время такие регуляторы получили широкое распространение по нескольким
причинам. Во-первых, простейшие акустические системы на низких частотах имеют весьма заметный завал частотной
характеристики, а во-вторых, чувствительность человеческого слуха к низким тонам несколько понижена, особенно
при малой громкости. Помимо этого, такие регуляторы просты в обращении.
Для облегчения расчетов рекомендуется программа моделирования темброблоков Tone Stack Calculator . Данная программа позволяет расчитать любой из популярных пассивных темброблоков, причем как для лампового усилителя мощности, так и для полупроводникового.
Слева приведена принципиальная схема исследуемого темброблока, справа - его амплитудочастотная
характеритика. Двигая движки переменных резисторов, которые находятся ниже принципиальной схемы на графике
АЧХ будет изменяться кривая, показывая коррекцию АЧХ выбранной схемой.
В программе имеется семь вкладышей с различными схемами темброблоков:
Схема данной программы интерактивна - два раза щелкая по элементу появляется окошко
для введения желаемых номиналов элемента, что позволяет подбирать компоненты в зависимости от реальных
выходных сопротивлений используемого источника сигнала и входного сопротивления усилителя мощности.
В даннйо версии программы так же имеется функция для сохранения полученных результатов,
а так же распечатки формы полученной АЧХ и номиналов используемых в темброблоке компонентов. Правда саму
схему темброблока программа не распечатывает, к сожалению.
В настройках принтера устанавливается орентация бумаги - по умолчанию стоит "Книжная",
что не очень удобно при распечатке графика амлитудо частотной характеристики, поэтому галочку лучше переставить
на "Альбомную".
Скачать программу для расчета темброблока Tone Stack Calculator
можно нажав
Сегодня у меня какой-то просто сумасшедший день, все получается с первого раза.
Сейчас рассмотрим схему регулятора тембра НЧ и ВЧ. Как наверно вы уже привыкли, я напишу это совсем не сложно
Вот схема регулятора
Использованные детали:
Конденсаторы
C1,5 = 0,022мф
C2,6 = 0,22мф
C3,7 = 0,015мф
C4,8 = 0,15мф
Резисторы
R1,2,5,6 = 47k
R4, 10 = 3,3k
R7,8,12,13 = 470
R9,11 = 4,7k
Красивая схема вышла, регулятор отлично работает, блока питания не требует. Поэтому у вас все получится. Удачи
Related Posts
Вынул из телевизоров динамики 3ГДШ-1, чтоб не лежали без дела решил сделать колонки, но так как внешний усилитель с сабвуфером у меня есть, значит, буду собирать сателлиты.
Всем привет, уважаемые радиолюбители и аудиоманы! Сегодня я расскажу как доработать высокочастотный динамик 3ГД-31 (-1300) он же 5ГДВ-1. Применялись они в таких акустических системах, как 10МАС-1 и 1М, 15МАС, 25АС-109…….
Здравствуйте уважаемые читатели. Да уж, давненько я не писал посты для блога, но со всей ответственностью хочу заявить, что теперь буду стараться не отставать, и буду писать обзоры и статьи…….
Здравствуйте уважаемый посетитель. Я знаю зачем вы читаете эту статью. Да да знаю. Нет что вы? Я не телепат, просто я знаю почему вы попали именно на эту страничку. Наверняка…….
И снова мой знакомый Вячеслав (SAXON_1996) Хочет поделится своей наработкой по колонкам. Слово Вячеславу Досталась как — то мне одна колонка 10МАС с фильтром и высокочастотным динамиком. Я долго не…….
Не мечтай, действуй!
Эксперименты с различными предварительными усилителями, регуляторами громкости и тембра показали, что наилучшее качество звучания обеспечивается при минимальном количестве усилительных каскадов, с пассивными регуляторами. При этом регулировки на входе усилителя мощности нежелательны, так как приводят к увеличению уровня нелинейных искажений комплекса. Данный эффект сравнительно недавно обнаружил известный разработчик аудиоаппаратуры Дуглас Селф .
Таким образом, вырисовывается следующая структура этой части звукоусилительного тракта:
- пассивный мостовой регулятор низших и высших частот,
- пассивный регулятор громкости,
- предварительный усилитель с линейной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) и минимальными искажениями в рабочем диапазоне частот.
Очевидный недостаток регулировок на входе предварительного усилителя – ухудшение соотношения сигнал/шум в значительной степени нивелируется высоким уровнем сигнала современных устройств звуковоспроизведения.
Предлагаемый предварительный усилитель может применяться в высококачественных стереофонических усилителях звуковой частоты. Регулятор тембра позволяет корректировать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) одновременно по двум каналам в двух частотных областях: нижней и верхней. В результате учитываются особенности помещения и акустических систем, а также личные предпочтения слушателя.
И снова немного истории
Первым претендентом на роль предварительного усилителя с регулятором тембра стала схема Д. Стародуба (рис. 1) . Но конструкция так и не «прижилась» в усилителе мощности: требовалась тщательная экранировка и источник питания с чрезвычайно малым уровнем пульсаций (порядка 50 мкВ). Однако главной причиной стало отсутствие ползунковых переменных резисторов.
Рис. 1. Схема высококачественного блока регуляторов тембра
Путем проб и ошибок я пришел к простой схеме предварительного усилителя (рис. 2), с которой, однако, система звуковоспроизведения намного превзошла в звучании серийно выпускавшуюся аппаратуру, по крайней мере, имевшуюся у моих друзей и знакомых.
Рис. 2. Принципиальная схема одного канала предварительного усилителя для УМЗЧ С. Батя и В. Середы
За основу взята схема предварительного усилителя стереофонического электрофона Ю. Красова и В. Черкунова, демонстрировавшегося на 26 – й Всесоюзной выставке радиолюбителей – конструкторов. Это левая часть схемы, включая регуляторы тембра.
Появление каскада на транзисторах разной проводимости в предварительном усилителе (VT3, VT4) связано с обсуждением усилителей с преподавателем лаборатории телевизионной техники на кафедре Радиосистем А. С. Мирзоянцем, с которым я работал, будучи студентом. В ходе работ понадобились линейные каскады для усиления телевизионного сигнала, и Александр Сергеевич сообщил, что по его опыту наилучшими характеристиками обладают структуры «шиворот – навыворот», как он выразился, то есть усилители на транзисторах противоположной структуры с непосредственной связью. В процессе экспериментов с УМЗЧ я выяснил, что это касается не только телевизионной техники, но и звукоусилительной. Впоследствии я часто применял подобные схемы в своих конструкциях, в том числе пары полевой транзистор – биполярный транзистор.
Попытка применить транзисторы разной структуры в первом каскаде (составном эмиттерном повторителе VT1, VT2) не принесла успехов, т. к. при всех замечательных характеристиках (низком уровне шума, малых искажениях) схема имела существенный недостаток – меньшую перегрузочную способность по сравнению с эмиттерным повторителем.
Характеристики предварительного усилителя:
Входное сопротивление, кОм=300
Чувствительность, мВ=250
Глубина регулировок тембра, дБ:
на частоте 40 Гц=±15
на частоте 15 кГц=±15
Глубина регулировок стереобаланса, дБ=±6
Поскольку в ходе конструирования усилителей возникали новые идеи, старые конструкции я дарил кому-нибудь, или продавал по твердому курсу ватт выходной мощности / рубль. В одну из поездок в Ленинград я захватил с собой этот усилитель, чтобы продать его знакомому друга. Володька сказал, что у этого парня куча всякой западной техники, и увез аппарат к нему на прослушивание. Вечером он сообщил мне результаты: молодой человек включил усилитель, послушал пару вещей и был так удовлетворен звучанием, что без слов отдал положенные деньги.
Честно сказать, когда я узнал, что сравнение будет проходить с импортной техникой, особенно не надеялся, что усилитель произведет впечатление. К тому же, он не был до конца доделан – отсутствовали верхняя и боковые крышки.
Рассмотрим принципиальную схему одного канала предварительного усилителя (рис. 2). На входе установлены высокоомные регуляторы громкости (R2.1) и баланса (R1.1). Со среднего вывода резистора R2.1 через переходной конденсатор С2 звуковой сигнал поступает на составной эмиттерный повторитель VT1, VT2, необходимый для нормальной работы пассивного регулятора тембра, выполненного по мостовой схеме. Для того чтобы устранить вносимое темброблоком затухание и усилить сигнал до необходимого уровня, установлен двухкаскадный усилитель на транзисторах VT3, VT4.
Питание предварительного усилителя нестабилизированное, от положительного плеча усилителя мощности. На каскады VT3, VT4 питающее напряжение подается через фильтр R17, C10, C13, а на входной эмиттерный повторитель - R8, C4. Важную роль играет диод VD1: без него не удалось полностью устранить фон переменного тока частотой 100 Гц на выходе усилителя мощности.
Конструктивно предварительный усилитель выполнен в «линейку», все детали установлены на печатной плате, закрытой сверху П-образным экраном из стали толщиной 0,8 мм.
--
Спасибо за внимание!
Расчет выполнен по следующим соотношениям: R1 = R3; R2 = 0,1R1; R4 = 0,01R1; R5 = 0,06R1; C1[нФ] = 105/R3[Ом]; C2 = 15C1; C3 = 22C1; C4 = 220C1.
При R1=R3=100 кОм темброблок будет вносить затухание около 20 дБ на частоте 1 кГц. Можно взять переменные резисторы R1 и R3 другого номинала, пусть, для определенности, в наличии оказались резисторы сопротивлением 68 кОм. Несложно пересчитать номиналы постоянных резисторов и конденсаторов мостового регулятора тембра без обращения к программе или табл. 1: уменьшаем величины сопротивлений резисторов в 68/100=0,68 раза и увеличиваем емкости конденсаторов в 1/0,68=1,47 раза. Получаем R1=6,8 кОм; R3=680 Ом; R4=3,9 кОм; С2=0,033 мкФ; С3=0,33 мкФ; С4=1500 пФ; С5=0,022 мкФ.
Для плавной регулировки тембра необходимы переменные резисторы с обратной логарифмической зависимостью (кривая В).
Наглядно просмотреть работу спроектированного регулятора тембра позволяет программа Tone Stack Calculator 1.3
(рис. 9).
Рис. 9. Моделирование регуляторов тембра для схемы, изображенной на рис. 8
Программа Tone Stack Calculator предназначена для анализа семи типовых схем пассивных регуляторов тембра и позволяет сразу показать АЧХ при изменении положения виртуальных регуляторов.
Рис. 11. Принципиальная схема темброблока и предварительного усилителя для «студенческого» УМЗЧ
Экспериментальная проверка нескольких экземпляров операционных усилителей показала, что и без конденсатора в заземленной ветви делителя отрицательной обратной связи постоянное напряжение на выходе составляет единицы милливольт. Тем не менее, из соображений универсальности применения, на входе темброблока и выходе предварительного усилителя включены разделительные конденсаторы (С1, С6).
В зависимости от требуемой чувствительности усилителя величину сопротивления резистора R10 выбирают из табл. 2. Следует стремиться не к точному значению сопротивлений резисторов, а их попарному равенству в каналах усилителя.
Таблица 2
▼ 🕗 25/02/12 ⚖️ 11,53 Kb ⇣ 149 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.
Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи - помоги мне!
--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов,
главный редактор журнала «Датагор»
Главным недостатком пассивного регулятора тембра является низкий коэффициент передачи. Другой недостаток заключается в том, что для получения линейной зависимости уровня громкости от угла поворота необходимо использовать переменные резисторы с логарифмической характеристикой регулирования (кривая «В»).
Достоинством пассивных регуляторов тембра является меньшие искажения, чем активных (например, регулятора тембра Баксандала, рис. 12).
Рис. 12. Активный регулятор тембра П. Баксандала
Как видно из схемы, показанной на рис. 12, активный регулятор тембра содержит пассивные элементы (резисторы R1 - R7, конденсаторы C1 – C4), включенные в стопроцентную параллельную отрицательную обратную связь по напряжению операционного усилителя DA1. Коэффициент передачи данного регулятора в среднем положении движков регуляторов тембра R2 и R6 равен единице, а для регулировки используются переменные резисторы с линейной характеристикой регулирования (кривая «А»). Иными словами, активный регулятор тембра свободен от недостатков пассивного регулятора.
Однако по качеству звучания этот регулятор явно хуже пассивного, что замечают даже неискушенные слушатели.
Рис. 13. Размещение деталей на печатной плате
Элементы, относящиеся к правому каналу предварительного усилителя, обозначены со штрихом. Такая же маркировка выполнена и в файле печатной платы (с расширением *.lay) – надпись появляется при подведении курсора к соответствующему элементу.
Вначале на печатной плате устанавливают малогабаритные детали: проволочные перемычки, резисторы, конденсаторы, ферритовые «бусинки» и панельку для микросхемы. В последнюю очередь монтируют клеммники и переменные резисторы.
После проверки монтажа включают питание и контролируют «ноль» на выходах операционного усилителя. Смещение составляет 2 – 4 мВ.
При желании можно погонять устройство от синусоидального генератора и снять характеристики (рис. 14).
Рис. 14. Установка для снятия характеристик предварительного усилителя
--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов,
главный редактор журнала «Датагор»
Упомянутые источники
1. Дайджест // Радиохобби, 2003, №3, с.10, 11.2. Стародуб Д. Блок регуляторов тембра высококачественного усилителя НЧ // Радио, 1974, №5, с. 45, 46.
3. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. – М.: Мир, 1991, с. 150 – 153.
4. Шихатов А. Пассивные регуляторы тембра // Радио, 1999, №1, с. 14, 15.
5. Ривкин Л. Расчет регуляторов тембра // Радио, 1969, №1, с. 40, 41.
6. Солнцев Ю. Высококачественный предварительный усилитель // Радио, 1985, №4, с.32 – 35.
7. //www.moskatov.narod.ru/ (Программа Е. Москатова «Timbreblock 4.0.0.0»).
Владимир Мосягин (MVV)
Россия, Великий Новгород
Радиолюбительством увлекся с пятого класса средней школы.
Специальность по диплому - радиоинженер, к.т.н.
Автор книг «Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником», «Секреты радиолюбительского мастерства», соавтор серии книг «Для прочтения с паяльником» в издательстве «СОЛОН-Пресс», имею публикации в журналах «Радио», «Приборы и техника эксперимента» и др.
Читательское голосование
Статью одобрили 70 читателей.
Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.Возросший в последние годы интерес к высококачественному звуковоспроизведению вызвал появление в печати рядя статей, посвященных вопросам конструирования различных монофонических и стереофонических усилителей НЧ. Наряду со многими положительными качествами указанных устройств большинство из них имеет один общий недостаток - малую (около 12 дБ) глубину регулировки тембра высших и особенно низших звуковых частот. Узел регулировки тембра этих усилителей выполняют обычно по RC-мостовой схеме и включают между предварительным и оконечными блоками усилителя. При таком построении схемы от предварительного усилителя требуются большое усиление и большая амплитуда сигнала на выходе, что приводит в конечном счете к увеличению нелинейных искажений и ухудшению ряда других параметров усилителя.
Иногда регулировку тембра осуществляют в цепи местной параллельной или последовательной отрицательной обратной связи одно-каскадного усилителя. Однако в таком каскаде при максимальном подъеме усиления отрицательная обратная связь практически отсутствует, что также не способствует получению высоких качественных показателей усилителя.
В публикуемой ниже статье вниманию читателей предлагается описание десятиваттного усилителя, состоящего из предварительного корректирующего и оконечного усилительных блоков. В нем подъем высших и низших звуковых частот равен соответственно 20 и 24 дБ и осуществляется в цепи общей обратной связи предварительного усилителя. При этом глубина общей отрицательной обратной связи остается практически неизменной во всем диапазоне регулировки тембра и составляет 26 дБ.
Снижение усиления на крайних частотах рабочего диапазона обеспечивается RL- и RC-фильтрами, включенными между усилительными блоками. При этом имеет место незначительное уменьшение (на 6-8 дБ) глубины общей обратной связи на краях рабочего диапазона частот только при максимальном ослаблении усиления.
Для регулировки тембра на низших и высших звуковых частотах используются широкодоступные резисторы СП-1-А или СП-11-А с небольшой переделкой, которая может быть легко выполнена радиолюбителями. Благодаря такой переделке и использованию пружинящего свойства скользящего контакта появляется также возможность точной установки переменных резисторов в среднее положение, соответствующее плоской частотной характеристике коэффициента передачи усилителя.
Примененная в предлагаемом вниманию читателей усилителе глубокая регулировка тембра имеет значительные преимущества перед всеми другими известными видами регулировок. Она обеспечивает минимальные нелинейные искажения, малые шумы, высокую стабильность, постоянство выходного сопротивления и не требует применения каких-либо специальных мер по обеспечению устойчивости работы усилителя.
Частотные характеристики регуляторов тембра приведены на рис. 1. Сплошными линиями показаны характеристики, полученные в области низших частот при установке в среднее положение движка регулятора тембра высших звуковых частот, а в области высших частот при установке в среднее положение движка регулятора тембра низших звуковых частот. Пунктиром показаны частотные характеристики, полученные при установке движков регуляторов тембра в крайние положения (на подъем или снижение усиления). Из рис. 1 видно, что подъем усиления на частоте100 Гц составляет 16 дБ, а на частоте 20 Гц - 24 дБ.
Рис. 1. Частотные характеристики регуляторов тембра.
Подъем усиления на частоте 10 кГц равен 16 дБ, а на частоте 20 кГц - 20 дБ. Максимальная неискаженная выходная мощность усилителя 10 Вт при напряжении на входе 250 мВ. Диапазон рабочих частот усилителя 20-20 000 Гц при неравномерности частотной характеристики менее ±0,3 дБ. Нелинейные искажения в диапазоне частот 100- 8000 Гц не превышают 1,2%. Входное сопротивление 100-150 кОм в зависимости от положения движка регулятора усиления. Выходное сопротивление 0,1 Ом. Уровень шума около - 80 дБ.
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 2. Предварительный усилитель собран на высокочастотных транзисторах Т1-Т3, обеспечивающих постоянство значений входного сопротивления и глубины общей обратной связи во всем диапазоне рабочих частот.
Рис. 2. Принципиальная схема усилителя.
При использовании сплавных транзисторов, например П28, в сочетании с транзисторами МП41А постоянство указанных параметров не гарантируется из-за снижения коэффициента усиления по току на частотах выше 7-10 кГц.
Все три транзистора предварительного усилителя включены по схеме с непосредственной связью между каскадами и охвачены глубокими местными и общими обратными связями по постоянному току. Обратная связь, создаваемая резисторами R2 и R3, стабилизирует режимы работы транзисторов Т1-Т3 по току, а обратная связь, создаваемая резистором R9, включенным между коллектором транзистора Т3 и эмиттером транзистора Т2, стабилизирует потенциал коллектора транзистора Т3 но постоянному току. Указанные обратные связи позволяют использовать в предварительном усилителе транзисторы с разбросом коэффициента усиления по току от 20 до 200, обеспечивая высокую стабильность режимов их работы при изменении температуры окружающей среды от - 20 °С до +50 °С. Цепь обратной связи по постоянному току, создаваемая резистором R9, используется и в цепи обратной связи по переменному току. Дело в том, что через резистор R9 протекает часть выходного тока, под действием которого на резисторе R6, включенном в цепь эмиттера транзистора Т2, образуется переменное напряжение общей отрицательной обратной связи. Примененная здесь общая обратная связь обладает одним весьма полезным свойством: с помощью включенного в цепь резистора R6 можно в широких пределах регулировать коэффициент усиления усилителя по напряжению, оставляя практически неизменной глубину общей обратной связи. Именно это свойство и используется для подъема усиления на высших и низших частотах рабочего диапазона.
Постоянство глубины общей отрицательной обратной связи при изменении коэффициента усиления усилителя с обратной связью можно объяснить следующим образом.
Резистор R6 в цепи эмиттера транзистора Т2 является элементом местной отрицательной обратной связи. Одновременно он включен в цепь общей отрицательной обратной связи, так как через него по цепи R9-R6 протекает часть выходного тока. При снижении сопротивления в цепи эмиттера транзистора Т2, вследствие шунтирования резистора R6 цепью R7-1L1C5 или R8-] С6, уменьшается коэффициент передачи цепи общей обратной связи. В то же время пропорционально увеличивается коэффициент усиления каскада на транзисторе Т2 из-за снижения глубины местной последовательной обратной связи.
Известно, что при достаточно большой отрицательной обратной связи глубина ее равна произведению коэффициента передачи цепи общей обратной связи на коэффициент усиления усилителя без общей обратной связи. Так как при уменьшении сопротивления в цепи эмиттера транзистора Т2 эти коэффициенты изменяются в обратно пропорциональной зависимости, их произведение, а следовательно, и глубина общей отрицательной обратной связи будут оставаться неизменными, а коэффициент усиления усилителя с обратной связью будет увеличиваться за счет изменения глубины местной обратной связи. При увеличении сопротивления в цепи эмиттера Т2 указанные выше коэффициенты также будут изменяться в обратной зависимости, в результате чего глубина общей обратной связи опять-таки будет оставаться неизменной.
Экспериментальная проверка усилителя показала, что, регулируя сопротивление в цепи эмиттера транзистора Т2, можно изменять коэффициент усиления усилителя в 20 и более раз. При этом глубина общей обратной связи изменяется всего на 20-30%.
Подъем усиления на высших частотах достигается с помощью конденсатора С6, подключенного параллельно резистору R6 через переменный резистор R8-1. С увеличением частоты емкостное сопротивление конденсатора С6 уменьшается и при полностью выведенном резисторе R8-1 все в большей степени шунтирует резистор R6. При этом достигается подъем усиления 6 дБ на октаву в диапазоне частот от 1,3 до 16 кГц. При перемещении движка переменного резистора R8 с участка R8-2 снижается усиление на высших частотах. При R8-2=0 конденсатор С6 вместе с резистором R14 образуют RС-фильтр нижних частот, включенный на выходе предварительного усилителя. При увеличении сопротивления резистора R8-2-1 на участок R8-2 усиление на высших частотах увеличивается.
Подъем и снижение усиления в области низших частот достигается при помощи последовательного резонансного контура L1C5 добротностью Q ≈ 1, настроенного на частоту 20 - 30 Гц. Подъем усиления обеспечивается в том случае, если движок переменного резистора находится на участке R7-1 резистора R7, а снижение - на участке R7-2 того же резистора. При R7-2-0 резистор R14 и катушка L1 образуют фильтр верхних частот.
Необходимо отметить, что при таком способе регулировки усиления на высших и низших звуковых частотах выходное сопротивление предварительного усилителя практически не изменяется во всем рабочем диапазоне и не зависит от величины подъема усиления на краях диапазона, что важно для согласования предварительного усилителя НЧ с оконечным, Однако, поскольку величина входного сопротивления транзистора Т2 уменьшается на низших и высших частотах пропорционально величине подъема усиления, для сохранения его постоянства во всем рабочем диапазоне частот базу транзистора пришлось подключить к выходу эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе Т1. Транзисторы Т1 и Т2 включены по схеме составного транзистора. Входное сопротивление эмиттерного повторителя около 300-500 кОм.
Оконечный усилитель содержит четыре каскада усиления. Первый и второй каскады (транзисторы Т4 и Т5 соответственно) работают в режиме усиления напряжения, а третий и четвертый каскады (транзисторы Т6-Т9) - в режиме усиления тока.
Схема оконечного блока усилителя НЧ имеет некоторые отличия от стандартной схемы бестрансформаторного усилителя НЧ. Из-за введения более глубокой общей отрицательной обратной связи по переменному току в усилитель пришлось ввести конденсаторы СП, С14 и С15, с помощью которых обеспечивается его устойчивая работа за пределами высокочастотной части рабочего диапазона.
Для получения максимально возможного к.п.д. усилителя при одном напряжении источника питания в цепи эмиттера транзистора Т5 отсутствует сопротивление местной последовательной обратной связи.
Для стабилизации тока покоя транзисторов Т6 - Т8 в цепь коллектора транзистора Т5 включено два последовательно соединенных диода: кремниевый и германиевый. На схеме они показаны одним диодом Д1. Необходимо, чтобы эти диоды имели тепловой контакт с радиаторами транзистора Т8 или Т9. Функции кремниевого диода выполняет переход коллектор-база транзистора КТ315А (можно использовать и другие кремниевые транзисторы, например МП116, МП113). В качестве германиевого применен диод ДЗПА, его также можно заменить любым сплавным транзистором. При необходимости более точной подгонки тока покоя транзисторов Т6-Т9 германиевый диод можно зашунтировать резистором сопротивлением в несколько сотеном. В оконечном каскаде усилителя используются сравнительно маломощные кремниевые транзисторы КТ801Б, которые значительно облегчают режим работы предоконечных транзисторов Т6 и Т7, поскольку обладают достаточно большим коэффициентом усиления по току В ст = 10-30 при токе покоя 20-50 мА. Транзисторы КТ805 или аналогичные им применять нецелесообразно, так как при токе до 100 мА они имеют В ст =2-3, что требует значительного тока коллектора 20-40 мА от предоконечных транзисторов, а это оправдано только в усилителях мощностью выше 25- 30 Вт.
При напряжении питания 27 В сопротивление звуковой катушки громкоговорителя должно быть равно 6 Ом. При уменьшении или увеличении этого сопротивления для получения выходной мощности 10 Вт напряжение источника питания должно быть соответственно изменено. Однако увеличивать его более 30- 33 В нецелесообразно, поскольку примененные в усилителе элементы на это не рассчитаны. Усилитель хорошо работает при пониженном напряжении 16-20 В, отдавая в нагрузку 4-7 Вт.
Блок питания состоит из понижающего трансформатора Tpl, выпрямителя на диодах Д4-Д7 и стабилизатора напряжения, собранного на транзисторах Т10-Т13 но компенсационной схеме с защитой от короткого замыкания в нагрузке.
Рис. 3. Конструкция переделанного резистора: 1 - оставшаяся часть проводящего слоя; 2 - участки с удаленным проводящим слоем; 3 - вырез в подкове из гетинакса, на которую нанесен проводящий слой; 4 и 6 - лепестки, соединенные с концами проводящего слоя; 5 - лепесток, соединенный со скользящим контактом
Детали. В усилителе используются резисторы МЛТ-0,125 или УЛМ-0,125. Конденсаторы - МБМ, БМ-2 и К50-6. Катушка L1 намотана на односекционном каркасе, размещена в сердечнике ОБ-20, из феррита 2000НМ зазор 0,15-0,2. Обмотка ее содержит 1500 витков провода ПЭВ-1 0,1. Сопротивление катушки постоянному току 100-120 Ом, индуктивность 0,8- 1,3 Г.
Переменные резисторы R7-1, R7-2 и R8-1, R8-2 изготавливают в соответствии с эскизом, показанным на рис. 3, из переменных резисторов СП-1-A или СП-П-А сопротивлением от 2,4 до 3,3 кОм. При переделке с резисторов снимают защитный экран и ось со скользящим контактом. Лепестки 4 и 6 (рис. 3) подключают к омметру. Острым ножом удаляют края проводящего слоя так, чтобы в средней части он стал уже и равномерно расширялся к концам (участок проводящего слоя, по которому двигается скользящий контакт, удалять нельзя). В этом случае сопротивление переменного резистора должно немного увеличиться. Затем очень мелкой наждачной бумагой начинают стирать оставшуюся часть проводящего слоя от середины в обе стороны на угол до 100°-110° (всего на 200°-220°) так, чтобы проводящий слой в средней части стирался больше, чем у краев. Следует стремиться к тому, чтобы в процессе стирания толщина оставшегося слоя равномерно уменьшалась от концов к середине и не было резких скачков изменения сопротивления при перемещении скользящего контакта. В этом случае подъем усиления в децибелах будет приблизительно пропорционален углу поворота движка переменного резистора.
Стирая проводящий слой, следует постоянно следить за стрелкой омметра, которая будет отклоняться в сторону больших сопротивлений. После того как омметр покажет сопротивление 8-9 кОм, дальнейшее стирание надо прекратить и в средней части подковы из гетинакса, на которую нанесен проводящий слой, вырезать поперечную канавку 3 (см. рис. 3) шириной 3-4 мм и глубиной до 0,5- 1 мм, разрезав на две электрически изолированные части проводящий слой. Затем ось со скользящим контактом устанавливают на место и, вращая ее, убеждаются, что скользящий контакт фиксируется в среднем положении при попадании его пружины в вырезанную канавку 3. Если эта фиксация недостаточно четкая, канавку следует углубить. Затем устанавливают скользящий контакт в среднее положение и, поочередно подключая омметр к контактам 5, 6 и 5, 4 (рис. 3), проверяют сопротивление между ними. Это сопротивление должно быть равно бесконечности.
Далее подключают омметр к контактам 5, 6 переменного резистора, а скользящий контакт из среднего положения смещают на начало проводящего слоя, соединенного с контактом 6. При этом стрелка омметра должна показывать сопротивление около 3 кОм.
Этот участок сопротивления соответствует резистору R7-1. Затем омметр соединяют с контактами 5, 4, скользящий контакт переводят из среднего положения на начало проводящего слоя, соединенного с контактом 4, измеряют сопротивление этого участка и, стирая проводящий слой мелкой наждачной бумагой в соответствии с приведенными выше рекомендациями, доводят сопротивление этого участка до 10 кОм. Участок сопротивления, соединенный с контактом 4, соответствует резистору R7-2. Резисторы R8-1 и R8-2 изготавливаются аналогичным образом.
Силовой трансформатор Тр-1 можно выполнить на любом сердечнике с сечением внутреннего керна не менее 6 см2, например, Ш20Х30. Обмотка I содержит 1270 витков провода ПЭВ 0,27, обмотка II - 930 витков провода ПЭВ 0,2 н обмотка III - 270 витков провода ПЭВ 0,8-0,9.
Налаживание. Налаживание усилителя начинают с проверки выпрямителя. Напряжение 27 В на выходе стабилизатора устанавливают переменным резистором R27. Затем амперметр с пределом измерения 1,5- 2 А включают на выход стабилизатора и убеждаются в отсутствии тока при коротком замыкании выхода стабилизатора амперметром.
Перед включением оконечного блока усилителя к нему подключают эквивалент нагрузки и замыкают накоротко диоды Д1. Резистором R20 устанавливают напряжение 12,5-13 В на коллекторе транзистора Т5. Затем подбирают диоды Д1 так, чтобы потребляемый усилителем ток (при отсутствии сигнала на входе) возрос с 4-5 мА до 40-50 мА.
Режим работы транзистора Т4 устанавливают резистором R15 (см. таблицу режимов работы транзисторов). Далее проверяют отсутствие самовозбуждения усилителя за пределами высокочастотного участка рабочего диапазона и, если оно имеет место, на 20-50% увеличивают емкости конденсаторов СИ, С14 и С15. При выходной мощности 10 Вт ток, потребляемый усилителем от источника питания, должен составлять 0,6 А, а напряжение на входе оконечного блока -1,5- 1,8 В.
Входной блок усилителя НЧ работает сразу после включения. Если индуктивность велика, то емкость конденсатора С5 следует уменьшить до 50 мкФ. Последовательно с резистором R8-1 следует включить резистор сопротивлением 100 Ом.
Описанный усилитель хорошо работает в стереофоническом варианте.
Регуляторы тембров можно спарить механическим путем либо применить ступенчатые регуляторы с использованием переключателей.
В этом случае при малой глубине подъема могут быть получены частотные характеристики с максимумом на частотах 20-30 Гц и 15- 20 кГц. При этом корректирующие цепи должны подключаться к части резистора R6.
Регулятор громкости и тембра построен на специализированной микросхеме с квазисенсорным управлением КР174ХА54. Стереофонический регулятор громкости и тембра предназначен для применения в стационарной и автомобильной аппаратуре. режимов работы осуществляется четырьмя светодиодами.
Все функции управления реализованы кнопками «+/-» и «SEL/NORM» через внутренний цифровой контроллер. Микросхема обеспечивает управление функциями:
- «Громкость» («VOLUME»);
- «Тонкомпенсация» («LOUDNESS»);
- «Тембр ВЧ» («TREBLE»);
- «Тембр НЧ» («BASS»);
- «Баланс» («BALANCE»).
Кнопкой «SEL» осуществляется кольцевое переключение режимов: VOLUME - BASS - TREBLE - BALANCE.
При включении устанавливается средний уровень громкости (-30 дБ) и линейная АЧХ. Через несколько секунд после последнего нажатия любой из кнопок происходит автоматический возврат в режим регулировки громкости. Восстановление среднего (0 дБ) при регулировке тембра НЧ, ВЧ и баланса происходит нажатием кнопки «NORM». Этой же кнопкой происходит переключение режимов LOW/LOUDNESS (Отключение/включение тонкомпенсации).
Принципиальная схема темброблока приведена на рисунке ниже:
На микросхеме КР174ХА54 собран регулятор громкости и тембра, а на микросхеме DA2 выполнен устройства.
Светодиодами HL1-HL4 предусмотрена режимов работы:
Тонкомпенсация (HL1);
Регулировка тембра низкой частоты (HL2);
Регулировка тембра высокой частоты (HL3);
Регулировка баланса (HL4).
Основные характеристики:
Диапазон воспроизводимых частот, Гц....................................... 20...20000
Напряжение питания, В....................................................................... 9...16
Ток потребления, мА.................................................................................. 12
Диапазон регулировки громкости, дБ....................................................... 70
Шаг регулировки громкости, дБ............................................................... 1,4
Диапазон регулировки тембра (ВЧ, НЧ) и баланса, дБ.......................... ±12
Шаг регулировки тембра, баланса, дБ..................................................... 1,5
Коэффициент нелинейных искажений, % ............................................. 0,05
Коэффициент разделения каналов, дБ..................................................... 60
Максимальная амплитуда входного сигнала, В............................................ 2
Регулятор можно использовать с усилителем мощности, имеющим чувствительность 50...500 мВ.
Все элементы регулятора громкости и тембра размещены на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм (см. рисунок):
И.И.Масягин. Секреты радиолюбительского мастерства
М. - СОЛОН-Пресс, 2005 г
