СТЕРЕОФОНИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

May 29, 2010 by admin Комментировать »

С. Филин

Конструирование усилителей звуковой частоты — одно из наиболее популярных направлений творчества радиолюбителей-конструкторов. Однако следует заме­тить, что в широкой розничной торговле и на базах Посылторга многие из крайне необходимых перспектив­ных радиодеталей — кремниевые транзисторы и инте­гральные микросхемы (ИМС) — отсутствуют, да и цены на них все еще сравнительно высоки. К тому же исполь­зование при конструировании усилителей ЗЧ ИМС хо­тя, с одной стороны, облегчает конструирование радио­аппаратуры, её настройку и ремонт, с другой — приво­дит к. заметному ухудшению познания процессов, происходящих при настройке и регулировке усилите­лей ЗЧ. Выход из этого положения — продолжать кон­струирование усилителей ЗЧ по модульному принципу из дискретных элементов с последующей их модернизацией, т. е. внедрением в конструктивно-сменные модули ИМС.

По мнению автора, на сегодняшний день использо­вание в усилителях ЗЧ германиевых транзисторов не­перспективно. Однако они, как правило, еще имеются с избытком у широкого круга радиолюбителей города и села, в магазинах, торговых базах и т. д. К тому же цены на них за последнее время значительно снижены. Но даже при использовании только германиевых тран­зистороз может быть построен усилитель ЗЧ с достаточ­но высокими характеристиками. Именно такой усилитель и предлагается читателям. Более чем за пять лет эксплуатации он претерпел две модернизации, однако схемное построение усилителя мощности оставалось не­изменным.

Усилитель колебаний звуковой частоты, принципиаль­ная электрическая схема которого приведена на рис. 1, рассчитан на работу от пьезокерамического звукоснима­теля, линейного выхода магнитофона, тюнера, радио­трансляционной линии и других источников сигнала зву­ковой частоты. Он выполнен по блочно-модульному принципу, прост в изготовлении и настройке, и в нем используются обычные широкодоступные детали, приоб­ретение которых не вызывает трудностей. Однако, не­смотря на это, параметры усилителя достаточно высоки:

номинальная выходная мощность усилителя на нагрузке сопро­тивлением 4 Ом составляет 20 Вт, на нагрузке 8 Ом — 10 Вт; максимальная выходная мощность — соответственно 25 и 12 Вт. Диапазон рабочих частот 40 ..18 000 Гц при неравномерности час­тотной характеристики не более ±2,0 дБ и 20…20 000 Гц при не­равномерности частотной характеристики не более ±3,0 дБ; чув­ствительность со входа 200 ..250 мВ, коэффициент гармоник не превышает 0,5 %. Пределы регулировки тембра по низшим и выс­шим частотам ±12 дБ.

clip_image002

Рис. 1. Принципиальная схема усилителя (R5* — 20 Ом)

Для упрощения конструкции усилителя регуляторы уровня громкости усилителя (R1) раздельные для каж­дого канала. Они же осуществляют и функции регулято­ра стереобаланса.

Усиливаемый сигнал с движка переменного резисто­ра R1 через разделительный конденсатор С1 поступает ка базу транзистора VT1, выполняющего роль предвари­тельного усилителя. Конденсатор С1 позволяет исклю­чить шорохи и трески при регулировании громкости. Цепь R3C2 выполняет функцию сглаживающего фильтра по Цепи питания предварительного усилителя. Каскад на транзисторе VT1 через резистор R2 охвачен отрицательной обратной связью по напряжению, а через резистор R5 — отрицательной обратной связью по тику, что позво­лило значительно уменьшить нелинейные искажения, вносимые каскадом.

С нагрузки предварительного усилителя (резистор R4) усиливаемый сигнал через конденсатор СЗ посту­пает на регуляторы тембра по низшим (R7) и высшим (R10) звуковым частотам. Регуляторы тембра включе­ны по обычной, последовательной, схеме и особенностей не имеют. На частотах 100 Гц и 10 кГц они обеспечива­ют диапазон коррекции амплитудно-частотной характе­ристики ±12 дБ. Увеличение этого значения в бытовых устройствах звуковоспроизведения практически нецеле­сообразно и не нужно.

Усилитель мощности содержит четыре каскада уси­ления с гальваническими связями между всеми каскада­ми. Сигнал с регулятора тембра через разделительный конденсатор С8 поступает на вход первого каскада уси­лителя мощности, выполненного на транзисторах VT2, VT3, включенных по дифференциальной схеме. Питание эмиттерных цепей транзисторов стабилизировано стаби­литроном VD1, что позволяет полнее использовать уси­лительные свойства дифференциального каскада. Под-строечным резистором R13 осуществляется компенсация в различии коэффициентов h21Э транзисторов VT2, VT3 и первоначальная установка на выходе усилителя нуле­вого потенциала.

С нагрузки дифференциального каскада (резистор R12) сигнал поступает на базу транзистора VT4, выпол­няющего функции каскада усиления по напряжению. Одной из особенностей каскада является применение местной отрицательной обратной связи но току (через сопротивление р-n перехода диода VD2). Это позволило уменьшить не только нелинейные искажения, вносимые каскадом, но и его выходное сопротивление, что, в свою очередь, позволило снизить нелинейные искажения в выходном каскаде до пренебрежимо малой величины. Диод VD2 осуществляет также температурную стаби­лизацию режима работы каскада на транзисторе VT4 и дифференциального каскада на транзисторах VT2, VT3. Второй особенностью каскада усиления напряже­ния является то, что нагрузкой транзистора VT4 служит источник тока, собранный на транзисторе VT6, диодах VD3, VD4 и резисторах R20, R21. Это позволило полу­чить сигнал на базах транзисторов VT7, VT8 с максимальной негскаженной амплитудой, близкой к напряже­нию источника питания. Последнее позволило уменьшить влияние нелинейности входных характеристик и значе-. ния тока покоя выходных транзисторов VT9, VT10, ко­торый устанавливают подстроечным резистором R19. Транзистор VT5 выполняет функции термостабилизи-рующего элемента и должен быть размещен на одном из радиаторов выходных транзисторов или в непосред­ственной близости от него.

Фазоинверсный каскад выполнен на квазикомпле­ментарной паре транзисторов VT7 и VT8, выходной — на квазикомплементарной паре VT9, VT10 и резисторах R24 и R25 соответственно.

Благодаря принятым мерам удалось ограничиться общей отрицательной обратной связью глубиной всего около 20 дБ, которая осуществляется по цепям R17C10, R18C11. Небольшая глубина общей отрицательной об­ратной связи обеспечивает достаточный запас по устой­чивости усилителя и малые динамические искажения.

В усилителе приняты меры для того чтобы ток, по­требляемый от источника питания на частотах 20 000 Гц и выше, не превышал тока, потребляемого при частоте входного сигнала 1000 Гц, более чем в 2…2,5 раза, что особенно важно для усилителей ЗЧ, в выходных каска­дах которых применены низкочастотные германиевые транзисторы. Для этой цели введена обратная связь через конденсаторы С9, С10 и нагрузка ВА1 усилителя зашунтирована цепочкой R27C12.

Резистор R26 служит для ограничения выходного сигнала при подключении к усилителю (разъем XS2) стереофонических головных телефонов.

Питание усилителя осуществляется от двухполярного нестабилизированного источника напряжением ±25 В, принципиальная электрическая схема которого приве­дена на рис. 2. Емкость каждого из сглаживающих кон­денсаторов С13, С14 должна быть одинаковой и в преде­лах 4000…10 000 мкФ. При отсутствии электролитических конденсаторов указанной емкости можно использовать несколько конденсаторов емкостью 500… 1000 мкФ, на номинальное напряжение не менее 25 В, соединив их па­раллельно.

clip_image004 clip_image006

Рис. 2. Схема блока питания Рис. 3.Схема тонкомпенсированного регулятора громкости

Усилитель собран на четырех функционально закон­ченных платах-модулях: плата 1 — предварительный усилитель левого и правого каналов; плата 2 — блок регулировки тембра по низшим и высшим звуковым частотам; плата 3 — двухканальный усилитель мощ­ности; плата 4 — блок питания. Модульная конструкция позволяет производить дальнейшее усовершенствование (модернизацию) усилителя путем замены отдельных модулей без нарушения монтажа и функциональной целостности всего устройства. Так, например, вместо простейшего предварительного усилителя (плата 1) можно построить усилшгель с входным каскадом на по­левых транзисторах или содержащий различные цепи частотной коррекции; вместо регуляторов тембра, со­бранных по последовательной схеме (плата 2), можно использовать активные или многополосные регуляторы тембра; вместо усилителей мощности (плата 3) — уси­лители мощности, выполненные на кремниевых тран­зисторах и т. д.

clip_image008

Рис, 4. Схема активного регулятора громкости с тонкомпенсацией

clip_image010 clip_image012

Рис. 5.Схема блока питания с использованием двух трансформаторов ТВК

Рис. 6. Внешний вид усилителя

Ввиду нелинейности чувствительности уха на различ­ных звуковых частотах и уровнях громкости в усили­телях звуковой частоты целесообразно использовать тонкомпенсированные регуляторы громкости, для чего переменные резисторы R1 должны иметь один или два отвода для подключения элементов тонкомпенсации (на рис. 3 выделены утолщенными линиями). Но при­обретение переменных резисторов с отводами не всегда доступно, а самостоятельное их изготовление связано с определенными трудностями, поэтому тонкомпенсирован-ный регулятор громкости можно собрать, используя обычные переменные резисторы (без отводов груп­пы «А»). Одним из путей реализации этого решения является использование активного регулятора громкости с тонкомпенсацией, схема которого приведена на рис. 4. Fro можно ввести в усилитель либо дополнительно, либо вместо платы-модуля 1. Здесь каскад на транзисторах VT1, VT2 — составной эмиттерный повторитель, предна­значенный для увеличения входного сопротивления уси­лителя. Непосредственно активный регулятор выполнен на транзисторах VT3, VT4. Переменный резистор R7, которым регулируют громкость, должен обязательно иметь линейную зависимость сопротивления от угла по­ворота движка, т. е. быть группы «А».

В усилителе использованы постоянные резисторы МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, МЛТ-0,5; подстроечные резисто­ры R13, R19 — СПЗ-1А или СПО-0,5; переменные резис­торы СПЗ-4В или СПЗ-12В с функциональными харак­теристиками типа «В» (R1) и «A» (R7, R10). Резисторы R24 и R25 проволочные, самодельные. Они намотаны на корпусах резисторов МЛТ-1 сопротивлением не менее 100 Ом. Конденсаторы С10, СП — КТ1 или КТ2; С4, С5, С7, С12 — МБМ; С5 — КД или КМ; электролитические конденсаторы — К50-6, К50-16, К50-12, ЭТО-1 или К53-1.

Вместо указанных на схеме транзисторов и диодов можно использовать: МП39Б, П416Б, ГТ321А (VT1); МП26А, КТ203А, МП40А (VT2, VT3); МП40А (VT5, VT6); МП 10, МП11, МП37А (VT4); КТ502В — КТ502Е (VT7); КТ503В — КТ503Е (VT8); Д223Б, Д105 (VD2, VD3, VD4)

Сетевой трансформатор Т1 блока питания готовый, от стереофонического усилителя «Одиссей-001-стерео». Можно также использовать унифицированный трансфор­матор ТПП304-127/220-50 или любой другой с габарит­ной мощностью не менее 80…100 Вт (для стереофони­ческого варианта усилителя и имеющий две вторичные обмотки 2×18 В, рассчитанные на ток нагрузки 1,2… 1,5 А).

Если возникают трудности в самостоятельном изго­товлении трансформатора или соответствующие транс­форматоры отсутствуют в розничной продаже,-в каче­стве сетевого можно использовать два выходных транс­форматора кадровой развертки телевизора ТВК-110-ЛМ-К или ТВК-П0-Л1 (при соответствующем снижении максимальной выходной мощности усилителя), соединив их по схеме, показанной на рис. 5.

clip_image014

Рис. 7. Схема индикатора выходного сигнала

Внешний вид описанного усилителя показан на рис. 6. Его корпус с внешними размерами 400X230X60 мм сделан из пластин листового дюралюминия тол­щиной 5 мм. Из дюралюминия выточены на. токарном станке и ручки управления усилителем. Все надписи на лицевой панели выполнены латинским алфавитом (на английском языке), используя для.этого так называемый «Моментальный шрифт», который можно приобрести во многих городах страны (см. «300 практических советов» издательства «Московский рабочий», 1982, с. 392, со­вет 294).

При модернизации в усилитель введены индикаторы уровня выходного сигнала в каждом канале и коммута­тор источника входного сигнала. Индикаторы уровня выходного сигнала (рис. 7), в которых используются приборы М476/2, аналогичны применяемым в магнито­фоне «Юпитер-201-стерео».

Коммутатор источника входного сигнала с индика­цией на светодиодах выполнен по схеме, приведенной на ррс. 8. Желательную яркость свечения светодио-доз VD1 VD3 устанавливают подстроечным резисто­ром R1. Коммутатор позволяет использовать усилитель в составе радиокомплекса, исключает необходимость пе­реключения источника входного сигнала, что создает определенные удобства пользования усилителем.

Налаживание каждого канала усилителя начи­нают с подключения к выходу эквивалента нагрузки, в качестве которого можно, использовать проволочный ре­зистор сопротивлением 4…8 Ом на мощность рассеяния 15…25 Вт. Затем устанавливают нулевой потенциал на выходах каждого из каналов (в левом канале подстроеч­ным резистором R13, в правом — резистором R13′).

Налаживание предварительного усилителя (плата-модуль 1) сводится к установке на коллекторе транзис­тора VT1 подбором резистора R2 напряжения, указан­ного на принципиальной схеме.

clip_image016

Рис. 8. Схема коммутатора источника входного сигнала

Далее на вход усилителя подают сигнал звуковой частоты, например с линейного выхода магнитофона, и проверяют качественные показатели усилителя на слух. При наличии искажений воспроизводимого сигнала (не­симметричное ограничение синусоиды) подбирают ре­зистор R5.

Более качественно усилитель можно настроить с по­мощью осциллографа, генератора сигналов ЗЧ и милли­вольтметра переменного тока по одной из методик, неоднократно публиковавшихся в массовой радиолюби­тельской литературе.

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