МИКРОФОННАЯ СТЕРЕОУСТАНОВКА

May 17, 2010 by admin Комментировать »

Р. Мелешко, Л. Готшалк

Микрофонная стереустановка «Арена-200» пред­назначена для работы одновременно от 10 микрофо­нов. Она представляет собой микшерное устройст­во с двумя каналами усиления.

Микшерный пульт дает возможность переме­щать сигнал каждого из десяти входов в левый или правый канал электрическим путем, при помощи панорамных регуляторов, перемещать источник зву­ка в любое место стереофонической звуковой кар­тины. Сигнал с любого из входов отдельно или ком­бинационно можно пропустить через ревербератор с последующим подмешиванием на различных уров­нях к основному сигналу, что дает дополнительные звуковые эффекты.

Каждый вход микшерного пульта имеет свой корректирующий усилитель, выполненный в виде ак­тивного темброблока на одном транзисторе. Для регулировки частотной характеристики в широких пределах в каждом канале применен активный мно­гочастотный темброрегулятор.

clip_image002

Рис. 1. Структурная схема стереоустановки:

1 — 10 — блоки предварительного усиления; У1, У4. У7, У8 — согласующие усилители; У2, У5 — многочастотные темброблоки; УЗ, Ув. У9 У12, У1 универсальные усилители; У13. УМ — усилители мощности; У16 — блок питания пульта; У17 — блок питания усилителей мощности

Усилители мощности конструктивно выполнены в виде отдельного блока, имеют автономное пита­ние и защиту от короткого замыкания в нагрузке.

Структурная схема стереоустановки «Арена-200» показана на рис. 1. Она состоит из десяти блоков предварительного усиления (7 — 10), согласующих усилителей У1, У4, У7, У8, двух активных многоча­стотных темброблоков У2, У5, универсальных уси­лителей УЗ, У6, У9 — У12, У15, двух усилителей мощ­ности У13, У14, регуляторов уровня RlR5, гром­коговорителей Гр1, Гр2 и блоков питания пульта У16 и усилителей мощности У17.

Каждый из десяти блоков предварительного уси­ления состоит из линейных усилителей (1У1, 1УЗ1У7, 2У1, 2УЗ — 2У7, ЗУ1. ЗУЗ — ЗУ7, 4У1, 4УЗ–4У7. 5У1. 5УЗ — 5У7, 6У1, 6УЗ — 6У7, 7У1, 7УЗ — 7У7, 8У1, 8УЗ — 8У7, 9У1, 9УЗ — 9У7, 10У1, 10УЗ — 10У7), ак­тивного темброблока (1У210У2), регуляторов уровня (1R1, 1R3, 2R1, 2R3, 3R1, 3R3, 4R1, 4R3, 5R1, 5R3, 6RI, 6R3, 7R1, 7R3, 8R1, 8R3, 9R1, 9R3, 10RL 10R3) и панорамного регулятора (1R2 — 10R2).

Для контроля работы микшерного пульта на слух предусмотрена возможность подключения стерео­фонических телефонов (разъем Ш2).

Визуальный контроль уровня сигнала в каждом канале осуществляется с помощью стрелочных ин­дикаторов ИП1 и ИП2.

Для нормальной работы усилителя от микрофона достаточно, чтобы чувствительность его была 5 — 10 мВ. Однако усилитель не должен заметно иска­жать сигнал при десятикратной перегрузке, т. е. при входном сигнале 100 мВ. Это связано с тем, что расстояние между источником звука и микрофоном во время исполнения программ постоянно меняется. Исполнитель манипулирует микрофоном, двигается по сцене, приближаясь к различным музыкальным инструментам, и т. д. Поэтому выходное напряже­ние, развиваемое микрофоном на входе усилителя, меняется в широких пределах — от 0,1 до 100 мВ.

Предварительное усиление сигналов и их форми­рование осуществляется с помощью десяти одно­типных блоков 1 — 10. Из блоков предварительного усиления сигнал поступает на согласующие усилители и смесители У1 и У4 соответственно левого и правого каналов, а с них подается на регуляторы уровня R1 и R2. Сюда же подается сигнал и с ревер­бератора. Последний подключается к разъему Ш1. Для лучшего согласования сигнал с ревербератора разветвляется на два канала, каждый из которых имеет регулятор уровня (R3, R4) и согласующий усилитель (У7, У8).

С регуляторов уровня R1 и R2 сигнал поступает на активные шестиоктавные темброблоки У2 и У5, а с них — на универсальные усилители УЗ, У6 и У9У12. Последние обеспечивают необходимый уровень сигнала, подаваемого на стереотелефоны и индика­торы уровня ИП1 и И172.

Принципиальная схема блока предварительного усиления изображена на рис. 2. Сигнал с микро­фонного входа 2 через разделительный конденса­тор С1 поступает на базу транзистора 77, на кото­ром собран линейный усилитель 1У1. Коэффициент усиления этого каскада равен 20.

Усиленный первым каскадом сигнал подается на активный темброблок 1У1, построенный на транзи­сторе Т2. Сигнал в этом тракте усиления не требу­ет коррекции более ±10… 12 дБ, поэтому не было необходимости лучшего согласования двух каскадов за счет увеличения числа деталей. Коэффициент усиления этого каскада на частоте 1 кГц равен еди­нице.

С коллектора транзистора Т2 через разделитель­ный конденсатор С7 сигнал поступает на регулятор уровня (резистор R21) и резистор R17 (в усилите­ле сигнала реверберации)- После регулятора уров­ня сигнал разветвляется с помощью двух согласу­ющих каскадов на транзисторах Т4 и Т5 на два ка­нала: левый и правый.

Нагрузкой этих каскадов служит панорамный регулятор, собранный на резисторах R28, R29 и R31.

Переменным резистором R31 можно плавно ре­гулировать усиление одного из каналов вплоть до 0. Это создает впечатление перемещения источника сигнала из одного канала в другой. После панорам­ного регулятора сигнал усиливается в каждом кана­ле еще одним каскадом на транзисторах Т6 и Т7.

Коэффициент усиления этих каскадов одинаков и составляет 15… 20. При входном сигнале 100 мВ на­пряжение на выходе левого и правого каналов со­ставляет 2 В (на частоте 1 кГц), при условии, что регуляторы тембров и панорамный регулятор на­ходятся в среднем положении.

На транзисторе ТЗ собран усилитель ревербера­тора. Напряжение сигнала реверберации на рези­сторе R15 также составляет 2 В.

Принципиальная схема согласующего усилителя показана на рис. 3. Он выполнен на транзисторе 77, включенном по схеме с общим коллектором. Каскад охвачен отрицательной частотнозависимой обрат­ной связью.

На рис. 4 приведена принципиальная схема уни­версального усилителя. Он выполнен на опера­ционном усилителе Mc1 и двух транзисторах 77, Т2 разной структуры. Микросхема Mc1 включена по схеме масштабного усилителя. Его коэффициент усиления равен отношению сопротивлений резисто­ров R6/R1.

clip_image004

Рис. 2. Принципиальная схема блока предварительного усиления

clip_image006 clip_image008

Рис. 3. Принципиальная схема согласующего уси­лителя

Рис. 4. Принципиальная схема универсального усилителя

Несколько отличается универсальный усилитель У15, который находится в тракте реверберации сиг­нала. В нем отсутствует резистор R1. Конденсатор С4 — 20 мкФ на 25 В.

Коэффициент усиления этого каскада равен R6/R20. При положении максимальной передачи ре­гуляторов уровня в тракте реверберации и входном сигнале 5 мВ напряжение сигнала на разъеме Ш1 (гнездо 1) входа ревербератора составляет не ме­нее 0,55 В.

Принципиальная схема шестиоктавного актив­ного темброблока показана на рис. 5. Он собран на двух операционных усилителях Mel и Мс2. Усили­тельный каскад на микросхеме Mel служит для со­гласования темброблока с предыдущими каскада­ми. Он охвачен отрицательной обратной связью (че­рез резисторы R3 и R4). Коэффициент усиления кас­када можно регулировать переменным резистором R4.

С выхода микросхемы Mel (вывод 5) сигнал по­ступает на неинвертнрующий вход операционного усилителя Мс2. Он через резистор R15 охвачен от­рицательной обратной связью. Между неинвертиру-ющим и инвертирующим входами включены пере­менные резисторы R7R12, движки которых соеди­нены с последовательными LCft-контурами. Резо­нансная частота каждого контура отличается на ок­таву. У первого — 200 Гц, у шестого — 6400 Гц. Ко­эффициент усиления такого каскада при среднем по­ложении движков переменных резисторов R7R12 равен единице (R15/R6).

Если движки переменных резисторов R7R12 находятся в крайнем верхнем по схеме положении, то контуры шунтируют вход операционного усили­теля Мс2 на резонансных частотах, что приводит к завалу амплитудно-частотной характеристики. Если же движки находятся в нижнем по схеме положении, то уменьшается глубина отрицательной обратной связи и, как следствие, происходит подъем частот­ной характеристики.

Для получения сравнительно равномерной ча­стотной характеристики на выходе операционного усилителя Мс2 при крайних положениях движков переменных резисторов R7R12 добротность LCR контуров иа всех шести частотах должна быть при­близительно одинаковой, около 0,6.

Добротность контуров, соответствующая опти­мальному параллельному резонансу,

clip_image010

Рис. 5. Принципиальная схема шестноктавного активного темброблока

clip_image012

Поскольку проводимость в неразветвленной части цепи при резонансе имеет чисто активный характер, то для получения сравнительно равномерной харак­теристики с подъемом или завалом на уровне около 20 дБ, необходимо в контур CL включить резистор R. После намотки катушек индуктивности замеряет­ся их активное сопротивление RL и к его значению добавляется сопротивление резистора R, чтобы сум­марное сопротивление г составляло 1,2 кОм. В этом случае коэффициент усиления каскада на резонанс­ных частотах при крайнем нижнем по схеме положе­нии движков переменных резисторов R7R12 будет составлять около 20 дБ.

Значения индуктивности контурной катушки и емкость конденсатора вычисляют по формулам:

clip_image014

Для расчетов числа витков индуктивностей мож­но практически определить коэффициент а (a = L/w2). Для этой цели на одной катушке нама­тывают какое-либо количество витков, например 100, и замеряют индуктивность. После определения коэффициента а легко определить с достаточной точ­ностью и число витков для различных значений ин­дуктивности. Если же катушки индуктивностей бу­дут из разного материала, то коэффициент а необ­ходимо определять для различных катушек отдель­но. Основные параметры контуров CRL приведены в табл. 1.

Таблица 1

F, Гц

L, мГ

С, мкФ

200

1340

0,5

400

670

0,25

800

335

0,12

1600

168

0,06

3200

84

0,03

6400

42

0,015

clip_image016

Рис. 6. Принципиальная схема блока индикации

На рис. 6 приведена принципиальная схема бло­ка индикации. Он состоит из усилителя на транзи­сторах 77, Т2 разной структуры (его коэффициент усиления приблизительно равен отношению сопро­тивлений R2/R3), выпрямителя на диодах Д1, Д2 и измерительного прибора ИП1. Элементы Д1, Д2, СЗ, R4 и ДЗ служат для преобразования линейного ха­рактера отклонения стрелки в логарифмический. Кроме того, диод ДЗ защищает измерительный при­бор ИП1 от перегрузок.

Принципиальная схема усилителя мощности показана на рис. 7. Усилитель мощности собран на кремниевых транзисторах по бестрансформаторной схеме. Максимальная выходная мощность 100 Вт в каждом канале.

Напряжение сигнала на входе усилителя состав­ляет 1 В. Входное сопротивление равно 10 кОм. Но­минальное сопротивление нагрузки каждого канала 4 Ом. Усилитель обладает высокой термостабиль­ностью. Оконечный каскад имеет защиту от корот­кого замыкания в нагрузке. Узел защиты собран на транзисторах Т10Т12. При выходной действующей мощности 100 Вт (на нагрузке 4 Ом усилитель раз­вивает напряжение 28 В — амплитудное значение) максимальный коллекторный ток транзисторов око­нечного каскада не превышает 50% от максимально допустимого значения для транзисторов КТ819Г (Т8, Т9) и КТ817Г (Т6, Т7) и 70% при коротком замыкания в нагрузке. Если радиолюбитель не рас­полагает такими транзисторами, то усилитель мож­но собрать и на транзисторах КТ803 или КТ908 (Т8, Т9), КТ801А (Т6, 77).

В связи с высоким напряжением питания усили­теля (±35 В) транзисторы КТ803 необходимо раз­браковать по напряжению Uкэмах.

clip_image018

Рис. 7. Принципиальная схема усилителя мощности

clip_image020

Рис. 8. Принципиальная схема устройства для разбраковки транзисторов КТ803

Для этой цели необходимо иметь источник посто­янного тока с регулируемым выходным напряжени­ем от 0 до 150 В, миллиамперметр и вольтметр с вы­соким входным сопротивлением.

Принципиальная схема устройства для разбра­ковки транзисторов КТ803 представлена на рис. 8. Пригодными для применения в усилителе транзи­сторами следует считать те, у которых начало элек­трического пробоя, т. е. заметное увеличение тока (точка 2 на графике), происходит при напряжении коллектор-эмиттер не менее 90 В.

Выбранные таким способом транзисторы и со­гласованные по другим параметрам надежно рабо­тают в оконечных каскадах усилителей и не боятся обрыва нагрузки при входном сигнале. В режиме максимальной выходной мощности на каждом вы­ходном транзисторе рассеивается мощность около 30 Вт, что составляет 50% от максимально допусти­мой по паспорту для КТ803.

На рис. 9 и 10 изображены печатные платы уси­лителя мощности.

На рис. 11 изображена принципиальная схема блока питания узлов микрофонной стереоустановки (кроме усилителя мощности). Он состоит из двух-полярного стабилизатора и двух фильтров C1R13C5 и C2R14C6.

Стабилизаторы снабжены системой защиты от короткого замыкания на выходе и перегрузки по току, выполненной на транзисторах ТЗ и Т4. Пульсации выходного напряжения блока питания не превышают 10 мВ. Порог срабатывания системы за­щиты определяется резисторами R6 и R12. Сопро­тивление их рекомендуется выбирать не менее 510 Ом.

clip_image022 clip_image024

Рис. 9. Печатная плата усилителя мощ­ности (без выходных каскадов)

Рис. 10. Печатная плата выходных каскадов усилите­ля мощности

clip_image026

Рис. 11. Принципиальная схема блока питания пульта

При коротком замыкании на выходе стабилиза­торов ток через стабилитроны Д5 и Д6 резко умень­шается и становится меньше тока стабилизации. Срыв стабилизации сопровождается падением на­пряжения на стабилитронах, что вызывает лавино­образное закрывание всех транзисторов.

Резисторы R2 и R7. шунтирующие переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т6, обеспечи­вают надежную работу стабилизаторов при пони­женных температурах. Подстроенными резистора­ми R5 и R10 устанавливают необходимое выходное напряжение стабилизаторов.

На рис. 12 приведена принципиальная схема блока питания усилителя мощности. Схема особен­ностей не имеет. Если усилитель мощности стерео­фонический, то емкость конденсаторов С2 и СЗ дол­жна быть 10 000 мкФ, а предохранитель ПрЗ дол­жен быть рассчитан на ток 2 А.

В блоке питания узлов микрофонной стереоус-тановки применен трансформатор, выполненный на сердечнике Ш 19×30, в блоке питания усилителя мощности — на сердечнике Ш40Х40 (если усили­тель монофонический) или Ш40Х60 (если стерео­фонический). Намоточные данные трансформаторов приведены в табл.2.

clip_image028

Рис. 12. Принципиальная схема блока питания усилителя мощ­ности

Таблица 2

Обмотка

Число витков

Диаметр прово­да ПЭВ-2, мм

1 Напряжение, В

Ток, А

Tp1 (рис. 11)

1 — 2

2200

0,2

220

0,06

3 — 4

180

0,31

180

0,1

5 — 6

180

0.31

18

0,1

7 — 8

90

0,41

9

0,2

Tpl (рис. 12) — «моно»

1 — 2

660

0.79

220

0,8

3 — 4

81

1,41

27

3

4 — 5

81

1.41

27

3

6 — 7

27

0,41

9

0,25

Tpl (рис. 12) — «стерео»

1 — 2

550

1,05

220

1,6

3 — 4

68

2,01

27

6

4 — 5

68

2,01

27

6

6 — 7

22

0Л4

9

0,25

Налаживание стереомикрофонной установки сле­дует начинать с блоков предварительного усиления. Для этого выводы 5 блоков 1 — 10 подключают к фильтру питания R14C6, напряжение на котором + 25 В. Кроме того, фильтр должен быть нагружен всеми питающимися через него блоками. Так как все блоки работают в режиме класса А, то напряже­ние на выходе фильтра впоследствии изменяться не будет.

Подбирая резистор R33, устанавливают на кон­денсаторе С15 напряжение +15 В. Разброс значе­ния напряжения в этой точке от номинальной мо­жет достигать +15%.

После установки напряжения питания блоков 1 — 10 к выводу 3 подключают резистор сопротивле­нием 10 кОм. На вход (вывод 2) с генератора пода­ют сигнал частотой 1 кГц и уровнем 100 мВ и под­бором резистора R2 добиваются минимального ис­кажения формы синусоиды на выходе каскада. Пос­ле этого отключают резистор нагрузки и соединяют между собой выводы 3 и 4. Движки переменных ре­зисторов R6, R10, R21, R15 и R31 устанавливают в среднее положение. Уровень сигнала на выводах 6, 8, 9 должен быть 2 В ± 10%. Нелинейные искажения могут достигать 1 — 1,5%. При уменьшении уровня входного сигнала до номинального, т. е. до 5 — 10 мВ, коэффициент нелинейных искажений понизится до 0,2 — 0,3% в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц.

После настройки всех 10 блоков предварительно­го усиления их выводы б соединяют со входом со­гласующего усилителя У1 (вывод 1) правого кана­ла, а выводы 8 — со входом согласующего усилите­ля У4 (вывод 1) левого канала. Выводы 9 соединя­ют со входом универсального усилителя У15 (вы­вод 1) канала реверберации. Налаживание осталь­ной части микшерного пульта довольно просто: уста­навливают в среднее положение движки регулято­ров уровня обоих каналов и тембра, измеряют уро­вень и оценивают качество сигнала на выходе обоих каналов. При подаче на вход любого из блоков 1 — 10 сигнала напряжением 100 мВ уровни должны соответствовать указанным на рис. 13. Если выход­ные напряжения в каналах разные, то следует из­менить коэффициент усиления каскада, собранного на микросхеме Mс1 в блоке У2 (резистором R4).

clip_image030

Рис. 13. Распределение уровней сигнала в блоке предваритель­ного усиления

clip_image032

Рис. 14. Распределение уровней сигнала в канале реверберации (входная часть)

clip_image034

Рис. 15. Распределение уровней сигнала в канале реверберации (выходная часть)

В канале реверберации уровни должны распре­деляться согласно рис. 14 (допускается разброс до 20 — 30%, чтобы не было значительных нелинейных искажений и при входном сигнале 5 — 10 мВ можно было бы получить на выходе уровень сигнала на нагрузке 10 кОм 0,5 В с некоторым запасом). Рас­пределение уровней во второй части канала ревер­берации показано на рис. 15

При настройке усилителей индикации необходи­мо уровень сигнала на входе блоков 1 — 10 умень­шить до 10 — 20 мВ и добиться соответствия пока­заний измерительных приборов с истинным значе­нием напряжения.

При налаживании усилителя мощности следует отключить защиту. Для этого временно отпаивают коллекторы транзисторов Т10 и Т11.

Движок подстроечного резистора R4 устанавли­вают в положение максимального сопротивления, отключают эквивалент нагрузки и включают пита­ние усилителя. Для контроля тока в оконечном кас­каде удобно пользоваться милливольтметром, изме­ряя падение напряжения на резисторах R15 и R24.

Ток покоя оконечного каскада не должен превы­шать 100 — 150 мА. Этот метод дает возможность, не отпаивая коллекторы мощных транзисторов, опе­ративно производить контроль параметров усили­теля в режиме покоя.

После установки тока покоя резистором R4 под­ключают эквивалент нагрузки 4 Ом и измеряют па­дение напряжения на нем. Ток через нагрузку в ре­жиме покоя должен быть минимальным. В худших случаях он не должен превышать 5 — 10 мА.

Затем на вход усилителя подают сигнал с гене­ратора и проверяют все параметры усилителя в ре­жиме усиления. После этого подключают защиту оконечного каскада, припаивая коллекторы транзи­сторов T10 и Т11. Правильно настроенная система защиты не искажает выходной сигнал при 100% выходной мощности.

При уменьшении нагрузки от 4 Ом до нуля тран­зисторы защиты Т10 и Т11 открываются, шунтируя эмиттерные переходы транзисторов Т4 и Т5. В свя­зи с этим происходит ограничение тока и через тран­зисторы оконечного каскада. При этом нелинейные искажения значительно возрастают. После устране­ния короткого замыкания в нагрузке и восстановле­ния ее номинального сопротивления усилитель мощ­ности автоматически возвращается в рабочее состо­яние.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты