Несколько ответов на наиболее часто задаваемые вопросы
Несколько ответов на наиболее часто задаваемые вопросы.
1.Q: Почемy такая сложная ? 12 коpпусов это слишком много.Hа 8031 на поpядок
пpоще будет. Hе нужно РУ10 , да и зачем два дешифpатоpа?
A: Конечно, на 8031/8051/ПИК будет значительно проще. Однако я ее делал из
"подручных" материалов. К сожалению у меня в наличии было аж 2 Z80 и ни
одного 8051. А идти на базар и тратить деньги - ...
Что касается 12 корпусов...
1. Без РУ10 не обойтись. Z80 не имеет встроенного ОЗУ как 8051 и пр.
2. Т.к. встроенного задающего генератора в Z80 нет -> 555ЛН1.
3,4. Сам процессор и ПЗУ. (Ну без них - никак ;))
5. Дешифратор адресов внешних устройств (555ИД7) - Сидюк: стсршая
половина данных, младшая половина данных - чтение/запись;
Индикация - образ символа, сканирование - запись;
клавиатура - чтение.
6,7,8. 555АП6,2х555ИР23 - развязка 16 разрядной шины данных сидюка
и 8 разрядной шины данных Z80.
9,10,11 Защелка индикации : образ символа, сканирование, дешифратор
сканирования.555ИР23, 555ТМ9, 555ИД10. В принципе можно
ограничиться 8-ю символами на индикаторе, заменить ТМ9 на ИР23
и выкинуть ИД10, но зачем ?
12. Порт клавиатуры - 555КП11.
2. Q: Сколько по _минимуму_ необходимо TTL-"веpёвок", чтобы осуществлять
упpавление CD-ROM'ом ?
А: 16 линий данных, 3 линии адреса, строб записи, строб чтения. Итого 21.
3. Q: Какова цена _этой_ версии контроллера ?
А: Если конечно не покупать детали у дяди Васи у которого цены идут с шагом
3 доллара, начиная от 3-х долларов, То имеем следующее (приблизительно)
Мелочь (ЛН1, ИД7,ТМ9, КП11) - 50коп./шт. - 2.00 грн.
Чуть крупнее (АП6,3*ИР23, ИД10) - ~70коп./шт - 3.50 грн.
ОЗУ (6216) 5.00 грн.
ПЗУ (2764) 3.50 грн.
Z80 8.00 грн.
Индикатор: 5...16 грн
Итого: 27...38 грн, не считая резисторы, кварц, и пр.
4. Q: Hе могли бы вы выслать инфy как yпpавлять сидюком плис ?
А: Очень жаль Вас разочаровывать, но вся документация у меня на бумаге.
Как только чуть чуть разгребусь с работой - так и сразу, но не раньше.
5. Q: Что-нибyдь по поводy заложенного сеpвиса ?
А: Сейчас - ничего. Позже - много чего. Пишите что хотите видеть.
5. Q: Может кpатко pасскажешь, какую именно команду нужно подать на дисковод,
чтобы включился Play :) ?
А: См 5.
6: .....To be continued...
УМЗЧ ВВ с микроконтроллерной системой управления
УМЗЧ ВВ с микроконтроллерной системой управления
Усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) высокой верности (ВВ), разработанный в 1989 году Николаем Суховым, уже с полным правом можно назвать легендарным. При его разработке был применен профессиональный подход, основанный на знаниях и опыте в области аналоговой схемотехники. Как результат, параметры этого усилителя оказались настолько высокими, что и на сегодняшний день данная конструкция не потеряла актуальности. В этой статье приводится описание несколько усовершенствованной версии усилителя. Усовершенствования сводятся к использованию новой элементной базы и применению микроконтроллерной системы управления.
Усилитель мощности (УМ) является неотъемлемой частью любого звуковоспроизводящего комплекса. Доступно немало описаний конструкции таких усилителей. Но в подавляющем большинстве случаев, даже при очень хороших характеристиках, наблюдается полное отсутствие сервисных удобств. А ведь в настоящее время, когда получили широкое распространение микроконтроллеры, создать достаточно совершенную систему управления не составляет особого труда. При этом самодельный аппарат по функциональной насыщенности может не уступать лучшим фирменным образцам. Вариант УМЗЧ ВВ с микроконтроллерной системой управления показан на рис. 1:
Рис. 1. Внешний вид усилителя.
Исходная схема УМЗЧ ВВ обладает достаточными параметрами для того, чтобы усилитель не являлся доминирующим источником нелинейности звуковоспроизводящего тракта во всем диапазоне выходных мощностей. Поэтому дальнейшее улучшение характеристик заметных преимуществ уже не дает.
По крайней мере, качество звучания разных фонограмм отличается намного больше, чем качество звучания усилителей. На эту тему можно привести цитату из журнала «Audio» [3]: «Существуют очевидные на слух различия в таких категориях, как акустические системы, микрофоны, LP звукосниматели, комнаты для прослушивания, студийные помещения, концертные залы и, особенно, конфигурации студий и записывающего оборудования, используемые различными записывающими компаниями.
Если вы хотите услышать тонкие различия в звуковой сцене, сравните записи John Eargle на Delos с записями Jack Renner на Telarc, а не предварительные усилители. Или если вы хотите услышать тонкие различия в переходах, сравните джазовые записи студии dmp с джазовыми записями студии Chesky, а не два межблочных кабеля.»
Несмотря на этот факт, любителями Hi-End не прекращаются поиски «правильного» звука, которые затрагивают, в том числе, и УМ. На самом деле УМ является примером очень простого линейного тракта. Современный уровень развития схемотехники позволяет обеспечить для такого устройства достаточно высокие параметры, чтобы вносимые искажения стали незаметными. Поэтому на практике два любых современных, неэксцентрично спроектированных УМ звучат одинаково. Наоборот, если УМ имеет какое-то особенное, специфическое звучание, это говорит лишь об одном: вносимые таким УМ искажения велики и хорошо заметны на слух.
Сказанное не значит, что спроектировать высококачественный УМ очень просто. Существует множество тонкостей, как схемотехнического, так и конструктивного плана. Но все эти тонкости давно известны серьезным производителям УМ, и грубых ошибок в конструкциях современных УМ обычно не встречается. Исключение составляют дорогие усилители класса Hi-End, которые зачастую спроектированы очень неграмотно. Даже если вносимые УМ искажения приятны на слух (что утверждают любители ламповых усилителей), это не имеет ничего общего с высокой верностью звуковоспроизведения.
К высококачественному УМ, кроме традиционных требований широкополосности и хорошей линейности, предъявляется еще ряд дополнительных требований. Иногда можно слышать, что для домашнего использования достаточна мощность усилителя 20-35 Вт. Если речь идет о средней мощности, то такое утверждение справедливо. Но реальный музыкальный сигнал может иметь пиковый уровень мощности, превышающий средний уровень в 10-20 раз. Поэтому, чтобы при средней мощности 20 Вт получить неискаженное воспроизведение такого сигнала, необходимо иметь мощность УМ порядка 200 Вт.
Вот, например, вывод экспертной оценки для усилителя, описанного в [4]: «Единственным замечанием была недостаточная громкость звучания больших ударных инструментов, что объясняется недостаточной выходной мощностью усилителя (120 Вт в пике на нагрузке 4 Ома).»
Акустические системы (АС) представляют собой комплексную нагрузку и имеют очень сложный характер зависимости полного сопротивления от частоты. На некоторых частотах оно может быть меньше номинального значения в 3 - 4 раза. УМ должен иметь возможность работать без искажений на такую низкоомную нагрузку. Например, если номинальное сопротивление акустической системы составляет 4 ома, то УМ должен нормально работать на нагрузку сопротивлением 1 ом. Это требует очень больших выходных токов, что должно учитываться при проектировании УМ. Описываемый усилитель этим требованиям удовлетворяет.
Последнее время довольно часто обсуждается тема оптимального выходного сопротивления усилителя с точки зрения минимизации искажений АС. Однако эта тема актуальна только при проектировании активных АС. Разделительные фильтры пассивных АС разрабатываются исходя из того, что источник сигнала будет иметь пренебрежимо низкое выходное сопротивление. Если УМ будет иметь высокое выходное сопротивление, то АЧХ таких АС будет сильно искажена. Поэтому ничего другого не остается, как обеспечивать для УМ малое выходное сопротивление.
Можно заметить, что новые разработки УМ идут в основном по пути удешевления, улучшения технологичности конструкции, увеличения выходной мощности, повышения КПД, улучшения потребительских качеств. В данной статье основное внимание уделено сервисным функциям, которые реализованы благодаря микроконтроллерной системе управления.
Усилитель выполнен в корпусе формата MIDI, его габаритные размеры 348x180x270 мм, вес – около 20 кг. Встроенный микроконтроллер позволяет управлять усилителем с помощью ИК пульта ДУ (общего с предварительным усилителем). Кроме того, микроконтроллер осуществляет измерение и индикацию средней и квазипиковой выходной мощности, температуры радиаторов, реализует отключение по таймеру и обрабатывает аварийные ситуации.
Система защиты усилителя, а также управление включением и выключением питания реализованы с участием микроконтроллера. Усилитель имеет отдельный дежурный источник питания, что позволяет ему находиться в режиме «STANDBY», когда основные источники питания выключены.
Описываемый усилитель назван NSM (National Sound Machines), модель PA-9000, так как название аппарата составляет часть его дизайна и обязательно должно присутствовать. Реализованный набор сервисных функций в некоторых случаях может оказаться избыточным, для таких ситуаций разработан «минималистский» вариант усилителя (модель PA-2020), который имеет на передней панели только сетевой выключатель и двухцветный светодиод, а встроенный микроконтроллер лишь управляет процессом включения и выключения питания, дополняет систему защиты и обеспечивает дистанционное управление режимом «STANDBY».
Все органы управления и индикации усилителя расположены на передней панели. Ее внешний вид и назначение органов управления приведены на рис. 2:
Рис. 2. Передняя панель усилителя.
| 1 - светодиод включения внешних потребителей EXT | 9 - кнопка«минус» |
| 2 - светодиод включения дежурного питания DUTY | 10 - кнопка индикации пиковой мощности PEAK |
| 3 - кнопка перехода в дежурный режим STANDBY | 11 - кнопка индикации таймера TIMER |
| 4 - кнопка полного отключения питания POWER | 12 - кнопка индикации температуры °C |
| 5 - светодиод включения основного питания MAIN | 13 - кнопка «плюс» |
| 6 - светодиод нормального режима работы OPERATE | 14 - светодиод аварии левого канала FAIL L |
| 7 - светодиод включения нагрузки LOAD | 15 - светодиод аварии правого канала FAIL R |
| 8 - дисплей |
При включении кнопки «POWER» усилитель полностью включается. Процесс включения происходит следующим образом: сразу включается дежурный источник, о чем свидетельствует светодиод включения дежурного питания «DUTY». Спустя некоторое время, необходимое для сброса микроконтроллера, включается питание на внешние розетки и зажигается светодиод «EXT». Затем зажигается светодиод «MAIN», и происходит первый этап включения основных источников. Вначале основные трансформаторы включаются через ограничительные резисторы, которые предотвращают начальный бросок тока из-за разряженных конденсаторов фильтра. Конденсаторы постепенно заряжаются, и когда измеренное напряжение питания достигнет установленного порога, ограничительные резисторы исключаются из цепи. При этом зажигается светодиод «OPERATE». Если за отведенное время напряжение питания не достигло установленного порога, то процесс включения усилителя прерывается и включается индикация аварии. Если включение основных источников прошло успешно, то микроконтроллер проверяет состояние системы защиты. В случае отсутствия аварийных ситуаций, микроконтроллер разрешает включение реле нагрузки и зажигается светодиод «LOAD».
Кнопка «STANDBY» осуществляет управление дежурным режимом. Короткое нажатие кнопки переводит усилитель в дежурный режим или, наоборот, включает усилитель. На практике может понадобиться включить внешние розетки, оставив УМ в дежурном режиме. Это требуется, например, при прослушивании фонограмм на стереотелефоны или при перезаписи без звукового контроля. Внешние розетки можно независимо включать-выключать длинным (до звукового сигнала) нажатием кнопки «STANDBY». Вариант, когда УМ включен, а розетки выключены, смысла не имеет, поэтому не реализуется.
На передней панели размещен 4-х разрядный цифровой дисплей и 5 кнопок управления отображением. Дисплей может работать в следующих режимах (рис. 3a): отключен индикация средней выходной мощности [W] индикация квазипиковой выходной мощности [W PEAK] индикация состояния таймера [M] индикация температуры радиаторов [°C] Сразу после включения УМ дисплей отключен, так как в большинстве случаев при эксплуатации УМ он не нужен.
Включить дисплей можно нажатием одной из кнопок «PEAK», «TIMER» или «°C».
Рис. 3. Варианты индикации дисплея.
Кнопка «PEAK» включает отображение выходной мощности и переключает режимы средняя/квазипиковая мощность. В режиме индикации выходной мощности на дисплее зажигается «W», а для квазипиковой мощности – еще и «PEAK». Выходная мощность индицируется в ваттах с дискретностью 0.1 ватта. Измерение производится методом перемножения тока и напряжения на нагрузке, поэтому показания действительны для любого допустимого значения сопротивления нагрузки. Удержание кнопки «PEAK» до звукового сигнала выключает дисплей. Выключение дисплея, а также его переключение между разными режимами индикации происходит плавно (одно изображение «перетекает» в другое). Этот эффект реализован программно.
Кнопка «TIMER» выводит на дисплей текущее состояние таймера, при этом зажигается буква «M». Таймер позволяет задавать интервал времени, по истечению которого усилитель переходит в дежурный режим и внешние розетки отключаются. Нужно отметить, что при использовании этой функции другие компоненты комплекса должны допускать отключение питания «на ходу». Для тюнера и CD-плеера это обычно допустимо, а вот у некоторых кассетных дек при отключении питания ЛПМ может не переходить в режим «СТОП». Для таких дек отключение питания во время воспроизведения или записи недопустимо. Однако среди фирменных аппаратов такие деки встречаются крайне редко. Наоборот, у большинства дек есть переключатель «Timer», который имеет 3 положения: «Off», «Record» и «Play», что позволяет простой подачей питания сразу включать режим воспроизведения или записи. Выключать эти режимы также можно простым снятием питания. Таймер усилителя может быть запрограммирован на следующие интервалы (рис. 3b): 5, 15, 30, 45, 60, 90 и 120 минут. Если таймер не используется, его нужно перевести в состояние «OFF». В этом состоянии он находится сразу после включения питания.
Задание интервала таймера осуществляется кнопками «+» и «-» в режиме индикации таймера.
Если таймер включен, то на дисплее всегда горит светодиод «TIMER», а включение индикации таймера показывает реальное текущее состояние, т.е. сколько минут осталось до выключения. В такой ситуации интервал можно продлить нажатием кнопки «+».
Кнопка «°C» включает отображение температуры радиаторов, при этом зажигается символ «°C». На каждом радиаторе установлен отдельный термометр, но на дисплей выводится максимальное значение температуры. Эти же термометры используются для управления вентилятором и для температурной защиты выходных транзисторов усилителя.
Для индикации аварии на передней панели расположены два светодиода: «FAIL LEFT» и «FAIL RIGHT». При срабатывании защиты в одном из каналов УМ зажигается соответствующий светодиод, а на дисплее индицируется буквенное наименование причины аварии (рис. 3c). При этом усилитель переходит в дежурный режим. В усилителе реализованы следующие виды защиты: защита от перегрузки по току выходного каскада [IF] защита от постоянной составляющей на выходе [dcF] защита от аварии источника питания [UF] защита от пропадания сетевого напряжения [prF] защита от перегрева выходных транзисторов [tF] Защита от перегрузки по току реагирует на превышение заданного порога током выходного каскада. Спасает она не только АС, но и выходные транзисторы, например, при коротком замыкании на выходе усилителя. Это защита триггерного типа, после ее срабатывания нормальная работа УМ восстанавливается лишь после его повторного включения. Так как от этой защиты требуется высокое быстродействие, она реализована аппаратно. На дисплее индицируется как «IF».
Защита от постоянной составляющей реагирует на постоянную составляющую выходного напряжения УМ, большую 2 В. Она защищает АС, реализована также аппаратно. На дисплее индицируется как «dcF».
Защита от аварии источника питания реагирует на падение напряжения питания любого плеча ниже заданного уровня. Существенное нарушение симметрии питающих напряжений может вызвать появление на выходе УМ постоянной составляющей, что опасно для АС.
На дисплее индицируется как «UF».
Защита от пропадания сетевого напряжения реагирует на выпадение нескольких периодов сетевого напряжения подряд. Предназначение этой защиты – отключить нагрузку до того, как напряжение питания упадет и начнется переходной процесс. Реализована аппаратно, микроконтроллер лишь считывает ее состояние. На дисплее индицируется как «prF».
Защита от перегрева выходных транзисторов реализована программно, она использует информацию с термометров, которые установлены на радиаторах. На дисплее индицируется как «tF».
УМ имеет возможность дистанционного управления. Поскольку не требуется большого количества кнопок управления, используется тот же пульт, что и для управления предварительным усилителем. Этот пульт ДУ работает в стандарте RC-5 и имеет три кнопки [5], специально предназначенные для управления УМ. Кнопка «STANDBY» полностью дублирует аналогичную кнопку на передней панели. Кнопка «DISPLAY» позволяет переключать режим дисплея по кольцу (рис. 3а). Удержание кнопки «DISPLAY» до звукового сигнала выключает дисплей. Кнопка «MODE» позволяет менять временной интервал таймера (рис. 3b), т.е. она заменяет кнопки «+» и «-».
На задней панели усилителя (рис. 4) установлены розетки, предназначенные для питания других компонентов комплекса. Эти розетки имеют независимое отключение, что позволяет с пульта ДУ обесточить весь комплекс.
Рис. 4. Задняя панель усилителя.
| 1 - входной разъем правого канала INPUT R | 7 - сетевой разъем |
| 2 - выходная клемма правого канала OUT | 8 - входная клемма CLEAN DRIVE левого канала |
| 3 - земляная клемма правого канала GND | 9 - земляная клемма левого канала GND |
| 4 - входная клемма CLEAN DRIVE правого канала | 10 - выходная клемма левого канала OUT |
| 5 - вентилятор | 11 - входной разъем левого канала INPUT L |
| 6 - розетки для внешних потребителей |
Принципиальная схема основной платы усилителя приведена на рис. 5.
Рис. 5. Принципиальная схема основной платы усилителя.
По сравнению с оригинальной конструкцией в усилитель были внесены небольшие изменения. Эти изменения не являются принципиальными и представляют собой в основном переход на более новую элементную базу.
Изменена схема температурной стабилизации тока покоя. В оригинальной конструкции вместе с выходными транзисторами на радиаторах был установлен транзистор - датчик температуры, который задавал напряжение смещения выходного каскада. При этом учитывалась температура только выходных транзисторов. Но температура предоконечных транзисторов ввиду довольно большой рассеиваемой на них мощности также значительно повышалась во время работы. По причине того, что эти транзисторы устанавливались на небольших отдельных радиаторах, их температура могла довольно резко колебаться, например, в результате изменения рассеиваемой мощности или даже из-за внешних воздушных потоков. Это приводило к таким же резким колебаниям тока покоя. Да и любой другой элемент УМ может довольно сильно нагреваться во время работы, так как в одном корпусе находятся источники тепла (радиаторы выходных транзисторов, трансформаторы и т.д.). Это относится и к самым первым транзисторам составного эмиттерного повторителя, которые вовсе не имели радиаторов. В результате ток покоя мог возрасти в несколько раз при нагреве УМ. Решение этой проблемы было предложено Алексеем Беловым [6].
Обычно для температурной стабилизации тока покоя выходного каскады УМ используют следующую схему (рис. 6a):
Рис. 6. Схема температурной стабилизации тока покоя.
Напряжение смещения прикладывается к точкам A и B. Оно выделяется на двухполюснике, который состоит из транзистора VT1 и резисторов R1, R2. Начальное напряжение смещения устанавливают резистором R2. Транзистор VT1 обычно закрепляют на общем с VT6, VT7 радиаторе. Стабилизация осуществляется следующим образом: при нагревании транзисторов VT6, VT7 уменьшается падение база-эмиттер, что при фиксированном напряжении смещения приводит к увеличению тока покоя.
Но вместе с этими транзисторами нагревается и VT1, что вызывает уменьшение падения напряжения на двухполюснике, т.е. уменьшение тока покоя. Недостатком такой схемы является то, что температура переходов остальных транзисторов, входящих в составной эмиттерный повторитель, не учитывается. Чтобы ее учесть, температура переходов всех транзисторов должна быть известной. Проще всего ее сделать одинаковой. Для этого достаточно все транзисторы, входящие в составной эмиттерный повторитель, установить на общий радиатор. При этом для получения тока покоя, не зависящего от температуры, напряжение смещения составного эмиттерного повторителя должно иметь температурный коэффициент такой же, как у шести включенных последовательно p-n переходов. Приближенно можно считать, что прямое падение напряжение на p-n переходе линейно уменьшается с коэффициентом K, приблизительно равным 2.3 мВ/°C. У составного эмиттерного повторителя этот коэффициент равен 6*К. Обеспечить такой температурный коэффициент напряжения смещения - задача двухполюсника, который включается между точками A и B. Двухполюсник, показанный на рис. 6a, имеет температурный коэффициент, равный (1+R2/R1)*K. При регулировке резистором R2 тока покоя меняется и температурный коэффициент, что не совсем правильно. Простейшим практическим решением может служить схема, показанная на рис. 6b. В этой схеме температурный коэффициент равен (1+R3/R1)*K, а начальный ток покоя задается положением движка резистора R2. Падение напряжения на резисторе R2, который зашунтирован диодом, можно считать практически постоянным. Поэтому регулировка начального тока покоя не влияет на температурный коэффициент. С такой схемой при нагреве УМ ток покоя изменяется не более, чем на 10-20%. Для того, чтобы все транзисторы составного эмиттерного повторителя можно было разместить на общем радиаторе, они должны иметь корпуса, подходящие для крепления на радиаторе (транзисторы в корпусах TO-92 не подходят). Поэтому в УМ применены другие типы транзисторов, заодно и более современные.
В схеме усилителя (рис. 5) двухполюсник температурной стабилизации тока покоя зашунтирован конденсатором C12. Этот конденсатор не является обязательным, хотя никакого вреда он также не приносит. Дело в том, что между базами транзисторов составного эмиттерного повторителя нужно обеспечить напряжение смещения, которое должно быть постоянным для выбранного тока покоя и не зависеть от усиливаемого сигнала. Короче говоря, переменная составляющая напряжения на двухполюснике, а также на резисторах R26 и R29 (рис. 5) должна быть равна нулю. Поэтому все эти элементы можно зашунтировать конденсаторами. Но ввиду низкого динамического сопротивления двухполюсника, а также низких значений сопротивления этих резисторов наличие шунтирующих емкостей сказывается очень слабо. Поэтому эти емкости не обязательны, тем более что для шунтирования R26 и R29 их номиналы должны быть довольно большими (порядка 1 мкФ и 10 мкФ соответственно).
Выходные транзисторы УМ заменены транзисторами КТ8101А, КТ8102А, которые имеют более высокую граничную частоту коэффициента передачи тока. У мощных транзисторов довольно ярко выражен эффект падения коэффициента передачи тока при росте тока коллектора. Этот эффект является крайне нежелательным для УМ, так как здесь транзисторам приходится работать при больших выходных токах. Модуляция коэффициента передачи тока приводит к значительному ухудшению линейности выходного каскада усилителя. Для уменьшения влияния этого эффекта в выходном каскаде применено параллельное включение двух транзисторов (и это минимум, который можно себе позволить).
При параллельном включении транзисторов для уменьшения влияния разброса их параметров и выравнивания рабочих токов применены раздельные эмиттерные резисторы. Для нормальной работы системы защиты от перегрузок по току добавлена схема выделения максимального значения напряжения на диодах VD9 – VD12 (рис. 5), так как теперь приходится снимать падение не с двух, а с четырех эмиттерных резисторов.
Другие транзисторы составного эмиттерного повторителя - это КТ850А, КТ851А (корпус TO-220) и КТ940А, КТ9115А (корпус TO-126).
В схеме стабилизации тока покоя применен составной транзистор КТ973А (корпус TO-126).
Произведена и замена ОУ на более современные. Основной ОУ U1 заменен AD744, который обладает повышенным быстродействием и хорошей линейностью. ОУ U2, который работает в схеме поддержания нулевого потенциала на выходе УМЗЧ, заменен OP177, обладающим низким смещением нуля (не более 15 мкв). Это позволило отказаться от подстроечного резистора регулировки смещения. Нужно отметить, что из-за особенностей схемотехники AD744 ОУ U2 должен обеспечивать выходное напряжение, близкое к напряжению питания (вывод 8 ОУ AD744 по постоянному напряжению отстоит от вывода 4 всего на два p-n перехода). Поэтому не все типы прецизионных ОУ подойдут. В крайнем случае, можно применить «подтягивающий» резистор с выхода ОУ на –15 В. ОУ U3, который работает в схеме компенсации импеданса соединительных проводов АС, заменен AD711. Параметры этого ОУ не столь критичны, поэтому был выбран дешевый ОУ с достаточным быстродействием и довольно низким смещением нуля.
В результате такой замены понадобилось несколько скорректировать номиналы цепей частотной коррекции. Особо следует обратить внимание на емкость конденсатора C13: она уменьшена до 10 пФ. Параллельно этой емкости включена паразитная емкость [коллектор транзистора VT8] – [корпус]. Эта емкость зависит от примененной изолирующей прокладки и может быть соизмеримой с C13. Поэтому рекомендуется применять для VT8 толстую керамическую прокладку.
В схему добавлены резисторные делители R49 – R51, R52 – R54 и R47, R48, которые служат для снятия сигналов тока и напряжения для схемы измерения мощности.
Изменена реализация земляных цепей. Поскольку теперь каждый канал усилителя полностью собран на одной плате, отпала необходимость во множественных земляных проводах, которые должны соединяться в одной точке на шасси. Специальная топология печатной платы обеспечивает звездообразную разводку земляных цепей. Звезда земли соединяется одним проводником с общим выводом источника питания.
Нужно заметить, что такая топология годится лишь при полностью раздельных источниках питания левого и правого каналов.
В оригинальной схеме усилителя петля обратной связи по переменному току охватывает и контакты реле, которые подключают нагрузку. Эта мера принята для уменьшения влияния нелинейности контактов. Однако при этом возможны проблемы с работой защиты по постоянной составляющей. Дело в том, что при включении усилителя питание подается раньше, чем включается реле нагрузки. В это время на входе УМ может присутствовать сигнал, а коэффициент передачи усилителя вследствие разорванной петли обратной связи очень велик. В таком режиме УМ ограничивает сигнал, а схема компенсации напряжения смещения в общем случае неспособна поддержать на выходе УМ нулевое значение постоянной составляющей. Поэтому еще до подключения нагрузки может обнаружиться, что на выходе УМ присутствует постоянная составляющая, и тогда сработает система защиты. Устранить этот эффект очень просто, если использовать реле с переключающими контактами.
Нормально-замкнутые контакты должны замыкать петлю ООС точно так же, как и нормально-разомкнутые. При этом при срабатывании реле обратная связь оказывается разорванной только на очень короткое время, в течении которого все контакты реле разомкнуты. За это время относительно инерционная защита по постоянной составляющей сработать не успевает. На рис. 7 показан процесс переключения реле, снятый цифровым осциллографом. Как видно, через 4 мс после подачи напряжения на обмотку реле, нормально-замкнутые контакты размыкаются. Примерно еще через 3 мс замыкаются нормально-разомкнутые контакты (с заметным дребезгом, который длится около 0.7 мс). Таким образом, в «полете» контакты находятся примерно 3 мс, именно на это время и будет разорвана обратная связь.
Рис. 7. Процесс переключения реле AJS13113.
Схема защиты полностью переработана (рис. 8). Теперь она размещена на основной плате. Таким образом, каждый канал имеет свою независимую схему. Это несколько избыточно, зато каждая основная плата полностью автономна и представляет собой законченный монофонический усилитель.
Часть защитных функций несет микроконтроллер, но для повышения надежности достаточный их набор реализован аппаратно. В принципе, плата усилителя может работать вообще без микроконтроллера. Поскольку УМ имеет отдельный дежурный источник питания, схема защиты питается от него (уровнем +12В). Это делает поведение схемы защиты более предсказуемым при аварии одного из основных источников питания.
Рис. 8. Схема защиты усилителя.
Защита от перегрузки по току включает в себя триггер, собранный на транзисторах VT3, VT4 (рис. 5), который включается при открывании транзистора VT13. VT13 принимает сигнал с датчика тока и открывается при достижении током установленного с помощью подстроечного резистора R30 значения. Триггер выключает генераторы тока VT5, VT6, что приводит к запиранию всех транзисторов составного эмиттерного повторителя. Нулевое напряжение на выходе поддерживается в этом режиме при помощи резистора R27 (рис. 5). Кроме того, состояние триггера считывается через цепочку VD13, R63 (рис. 8), и когда он включается, на входах логического элемента U4D устанавливается низкий логический уровень. Транзистор VT24 обеспечивает выход с открытым коллектором для сигнала IOF (I Out Fail), который опрашивается микроконтроллером.
Защита от постоянной составляющей реализована на транзисторах VT19 – VT22 и логических элементах U4B, U4A. Сигнал с выхода усилителя через делитель R57, R59 поступает на ФНЧ R58C23 с частотой среза около 0.1 Гц, который выделяет постоянную составляющую сигнала. Если появляется постоянная составляющая положительной полярности, то открывается транзистор VT19, включенный по схеме ОЭ. Он, в свою очередь, открывает транзистор VT22, и на входах логического элемента U4B появляется высокий логический уровень. Если появляется постоянная составляющая отрицательной полярности, то открывается транзистор VT21, включенный с ОБ. Такая асимметрия – вынужденная мера, связанная с однополярным питанием схемы защиты. Для того, чтобы повысить коэффициент передачи тока, применено каскодное включение транзисторов VT21, VT20 (ОБ – ОК).
Далее, как и в первом случае, открывается транзистор VT22 и т.д. К выходу логического элемента U4A подключен транзистор VT23, который обеспечивает выход с открытым коллектором для сигнала DCF (DC Fail).
Защита от пропадания сетевого напряжения содержит вспомогательный выпрямитель (рис. 13) VD1, VD2 (VD3, VD4), который имеет сглаживающий фильтр с очень маленькой постоянной времени. Если подряд выпадает несколько периодов сетевого напряжения, выходное напряжение выпрямителя падает, и на входах логического элемента U4C (рис. 8) устанавливается низкий логический уровень.
Логические сигналы с трех описанных выше схем защиты поступают на элемент «ИЛИ» U5C, на выходе которого формируется низкий логический уровень в случае срабатывания любой из схем. При этом через диод VD17 разряжается конденсатор C24, и на входах логического элемента U5B (также на выходе U5A) появляется низкий логический уровень. Это приводит к закрыванию транзистора VT27 и отключению реле K1. Цепочка R69C24 обеспечивает некоторую минимальную задержку при включении питания на тот случай, если микроконтроллер по каким-то причинам не сформирует начальную задержку. Транзистор VT25 обеспечивает выход с открытым коллектором для сигнала OKL (OK Left) или OKR (OK Right). Микроконтроллер может запретить включение реле. Для этого установлен транзистор VT26. Эта возможность необходима для реализации программной защиты от перегрева, программной задержки включения реле и для синхронизации работы систем защиты левого и правого каналов.
Взаимодействие микроконтроллера с аппаратной схемой защиты следующее: при включении усилителя, после того, как напряжение питания достигло номинального значения, микроконтроллер опрашивает сигналы готовности аппаратной защиты OKL и OKR. Все это время включение реле запрещено микроконтроллером путем поддержания сигнала ENB (Enable) в состоянии высокого логического уровня. Как только микроконтроллер получает сигналы готовности, он формирует временную задержку и разрешает включение реле.
В процессе работы усилителя микроконтроллер все время следит за сигналом готовности. В случае пропадания такого сигнала для одного из каналов, микроконтроллер снимает сигнал ENB, выключая таким образом реле в обоих каналах. Затем он опрашивает сигналы состояния защиты для идентификации канала и вида защиты.
Защита от перегрева реализована полностью программно. В случае перегрева радиаторов микроконтроллер снимает сигнал ENB, что вызывает отключение реле нагрузки. Для измерения температуры на каждом из радиаторов закреплен термометр DS1820 фирмы «Dallas». Срабатывает защита при достижении радиаторами температуры 59.8 °C. Несколько раньше, при температуре 55.0 °C, на дисплее появляется предварительное сообщение о перегреве – автоматически выводится температура радиаторов. Повторное включение усилителя происходит автоматически при остывании радиаторов до 35.0 °C. Включение при более высокой температуре радиаторов возможно только вручную.
Для улучшения условий охлаждения элементов внутри корпуса усилителя используется малогабаритный вентилятор, который расположен на задней панели. Применен вентилятор с бесколлекторным двигателем постоянного тока с номинальным напряжением питания 12 В, предназначенный для охлаждения процессора компьютера. Поскольку при работе вентилятора создается некоторый шум, который может быть заметен в паузах, используется довольно сложный алгоритм управления. При температуре радиаторов 45.0 °C вентилятор начинает работать, а при остывании радиаторов до 35.0 °C вентилятор отключается. При выходной мощности менее 2 Вт работа вентилятора запрещена, чтобы не был заметен его шум. Для предотвращения периодических включений и выключений вентилятора, когда выходная мощность колеблется возле порогового значения, программно ограничено минимальное время выключения вентилятора значением 10 сек. При температуре радиаторов 55.0 °C и выше вентилятор работает без выключений, так как такая температура близка к аварийной. Если при работе усилителя вентилятор включился, то при входе в режим «STANDBY», если температура радиаторов выше 35.0 °C, вентилятор продолжает работать даже при нулевой выходной мощности.
Это позволяет быстро охладить усилитель.
Защита от аварии источника питания также реализована полностью программно. Микроконтроллер с помощью АЦП следит за напряжениями питания обоих каналов усилителя. Это напряжение поступает на процессор с основных плат через резисторы R55, R56 (рис. 8).
Включение основных источников питания осуществляется ступенчато. Это необходимо по той причине, что нагрузкой выпрямителей являются полностью разряженные конденсаторы фильтров, и при резком включении будет иметь место сильный бросок тока. Этот бросок представляет опасность для диодов выпрямителя и может привести к сгоранию предохранителей. Поэтому при включении усилителя сначала замыкается реле K2 (рис. 12), и трансформаторы подключаются к сети через ограничительные резисторы R1 и R2. В это время порог для измеренных напряжений питания программно устанавливается равным ±38 В. Если этот порог напряжения не будет достигнут за установленное время, то процесс включения прерывается. Это может иметь место в том случае, если потребляемый схемой усилителя ток существенно повышен (усилитель поврежден). В этом случае включается индикация аварии источников питания «UF».
Если порог ±38 В достигнут, то срабатывает реле K3 (рис. 12), которое исключает резисторы из первичных цепей основных трансформаторов. Затем порог снижается до ±20 В, а микроконтроллер продолжает следить за напряжениями питания. Если во время работы усилителя напряжение питания падает ниже ±20 В, срабатывает защита и усилитель отключается. Снижение порога в нормальном режиме работы необходимо для того, чтобы при «просадках» напряжения питания под нагрузкой не происходило ложное срабатывание защиты.
Принципиальная схема платы процессора приведена на рис. 9. Основой процессора является микроконтроллер U1 типа AT89C51 фирмы «Atmel», который работает на тактовой частоте 12 МГц. Для повышения надежности системы применен супервизор U2, который имеет встроенный сторожевой таймер и монитор питания. Для сброса сторожевого таймера используется отдельная линия WD, на которой программно формируется периодический сигнал.
Программа построена таким образом, что этот сигнал будет присутствовать только в том случае, если выполняется обработчик прерывания таймера и основной цикл программы. В противном случае сторожевой таймер выполнит перезапуск микроконтроллера.
Рис. 9. Принципиальная схема платы процессора.
Дисплей связан с процессором с помощью 8-разрядной шины (разъемы XP4 - XP6). Для стробирования регистров платы дисплея используются сигналы C0..C4, которые вырабатываются дешифратором адреса U4. Регистр U3 является защелкой младшего байта адреса, используются только разряды A0, A1, A2. Старший байт адреса вообще не используется, что позволило освободить порт P2 для других целей.
При нажатии на кнопки управления программно генерируются звуковые сигналы. Для этого используется линия BPR, к которой подключен транзисторный ключ VT1, нагруженный на динамический излучатель HA1.
Основные платы левого и правого каналов подключаются к плате процессора с помощью разъемов XP1 и XP2 соответственно. Через эти разъемы на процессор подаются сигналы состояния системы защиты от перегрузки по току IOF и защиты от постоянной составляющей на выходе усилителя DCF. Эти сигналы общие для левого и правого каналов, их объединение возможно благодаря выходам схемы защиты с открытыми коллекторами. Сигналы готовности системы защиты OKL и OKR являются раздельными по каналам, чтобы процессор мог идентифицировать канал, в котором сработала схема защиты. Сигнал ENB, который поступает с процессора на систему защиты, разрешает включение реле нагрузки. Этот сигнал общий для двух каналов, что автоматически синхронизирует работу двух реле.
Линии TRR и TRL используются для чтения термометров, установленных на радиаторах правого и левого канала соответственно. Измеренная термометрами температура может индицироваться на дисплее, если включен соответствующий режим индикации. Индицируется максимальное значение температуры из двух для левого и правого каналов. Измеренное значение также используется для программной реализации защиты от перегрева.
Дополнительно на разъемах XP1 и XP2 есть сигналы WUR, WIR, WUL и WIL, которые используются схемой измерения выходной мощности.
Питается плата процессора от дежурного источника через разъем XP3. Для питания используются 4 уровня: ±15 В, +12 В и +5 В. Уровни ±15 В отключаются при переходе в дежурный режим, а остальные уровни присутствуют всегда. Потребление от уровней +5 В и +12 В в дежурном режиме минимизировано за счет программного отключения основных потребителей. Кроме того, через этот разъем на дежурный источник питания поступают несколько управляющих логических сигналов: PEN - управляет дежурным источником питания, REX - включает реле внешних розеток, RP1 и RP2 - включают реле основного источника питания, FAN - включает вентилятор. Питание схем защиты, которые расположены на основных платах, осуществляется от платы процессора уровнем +12 В, а питания платы дисплея - уровнем +5 В.
Для измерения выходной мощности и для контроля за напряжениями питания используется 12-разрядный АЦП U6 типа AD7896 фирмы «Analog Devices». Одного канала АЦП недостаточно, поэтому на входе применен коммутатор U5 (еще лучше было бы применить 8-канальный АЦП, например, типа AD7888). Данные считываются из АЦП в последовательном виде. Для этого используются линии SDATA (последовательные данные) и SCLK (тактовый сигнал). Запуск процесса преобразования производится программно сигналом START. В качестве опорного источника и одновременно стабилизатора напряжения питания АЦП использован REF195 (U7). Поскольку в дежурном режиме напряжение питания ±15 В отключается, все логические сигналы подключены к АЦП через резисторы R9 - R11, которые ограничивают возможные броски тока при переходе в дежурный режим и обратно.
Из восьми входов коммутатора используются шесть: два для измерения мощности, четыре для контроля за напряжениями питания. Нужный канал выбирается с помощью адресных линий AX0, AX1, AX2.
Рассмотрим схему измерения мощности левого канала. Примененная схема обеспечивает перемножение тока и напряжения нагрузки, поэтому импеданс нагрузки автоматически учитывается и показания всегда соответствуют реальной активной мощности в нагрузке.
Через резисторные делители R49 - R54, расположенные на основной плате (рис. 5), напряжение с датчиков тока ( эмиттерных резисторов выходных транзисторов) поступает на дифференциальный усилитель U8A (рис. 9), который выделяет сигнал тока. С выхода U8A через подстроечный резистор R17 сигнал поступает на вход Y аналогового перемножителя U9 типа К525ПС2. Сигнал напряжения просто снимается с делителя и поступает на вход X аналогового перемножителя. На выходе перемножителя установлен ФНЧ R18C13, который выделяет сигнал, пропорциональный квазипиковой выходной мощности с временем интегрирования около 10 мс. Этот сигнал поступает на один из входов коммутатора, далее на АЦП. Диод VD1 защищает вход коммутатора от отрицательного напряжения.
Для того, чтобы скомпенсировать начальное смещения нуля перемножителей, при включении усилителя (когда еще реле нагрузки не включено, и выходная мощность равна нулю) происходит процесс автокалибровки нуля. Измеренное напряжение смещения при дальнейшей работе вычитается из показаний АЦП.
Мощность в левом и правом каналах измеряется отдельно, а индицируется максимальное значение по каналам. Поскольку на индикаторе должна отображаться как квазипиковая, так и средняя выходная мощность, а также индицируемые значения должны быть удобными для восприятия, измеренные с помощью АЦП значения подвергаются программной обработке. Временные характеристики измерителя уровня мощности характеризуются временем интегрирования и временем обратного хода. Для измерителя квазипиковой мощности время интегрирования задано аппаратной цепочкой фильтрации и составляет примерно 10 мс. Измеритель средней мощности отличается только повышенным временем интегрирования, что реализовано программно. При вычислении средней мощности используется скользящее среднее по 256 точкам. Время обратного хода в обоих случаях задано программно. Для удобства считывания показаний это время должно быть относительно большим. В данном случае обратный ход индикатора реализуется путем вычитания 1/16 кода текущей мощности один раз в 20 мс.
Кроме того, при индикации осуществляется удержание пиковых значений в течении 1.4 сек. Поскольку слишком частое обновление показаний индикатора плохо воспринимается, обновление происходит каждые 320 мс. Для того, чтобы не пропустить очередной пик и отобразить его синхронно со входным сигналом, при обнаружении пика происходит внеочередное обновление показаний.
Как было сказано выше, УМ использует общий с предварительным усилителем пульт дистанционного управления, который работает в стандарте RC-5. Приемник системы дистанционного управления типа SFH-506 расположен на плате дисплея. С выхода фотоприемника сигнал поступает на вход SER (INT1) микроконтроллера. Декодирование кода RC-5 осуществляется программно. Номер используемой системы - 0AH, кнопка «STANDBY» имеет код 0CH, кнопка «DISPLAY» - 21H, кнопка «MODE» - 20H. При необходимости эти коды можно без труда изменить, так как используется перекодировочная таблица, которую можно найти в конце исходного текста программы микроконтроллера.
На плате дисплея (рис. 10) установлены два двухразрядных семисегментных индикатора HG1 и HG2 типа LTD6610E. Они управляются параллельными регистрами U1 – U4. Динамическая индикация не используется, так как это может вызвать повышенный уровень помех.
Рис. 10. Принципиальная схема платы индикации.
Регистр U5 служит для управления светодиодами. Последовательно с каждым сегментом и с каждым светодиодом включен ограничительный резистор. Входы OC всех регистров объединены и подключены к сигналу PEN микроконтроллера. Во время сброса и инициализации регистров этот сигнал находится в состоянии высокого логического уровня. Это предотвращает случайное зажигание индикации при переходных процессах.
На плате дисплея также установлены кнопки управления SB1 – SB6. Они подключены к линиям шины данных и к линии возврата RET. Диоды VD1 – VD6 предотвращают короткое замыкание линий данных при одновременном нажатии двух и более кнопок. При сканировании клавиатуры микроконтроллер использует порт P0 как простой порт вывода, формируя на его линиях бегущий ноль.
Одновременно опрашивается линия RET. Таким образом определяется код нажатой кнопки.
Рядом с индикаторами под общим защитным стеклом установлен интегральный фотоприемник дистанционного управления U6. Сигнал с выхода фотоприемника через разъем XP6 поступает на вход микроконтроллера SER (INT1).
Дежурный источник (рис. 11) обеспечивает на выходе 4 уровня: +5 В, +12 В и ±15 В. Уровни ±15 В в дежурном режиме отключаются. В источнике применен небольшой тороидальный трансформатор, намотанный на сердечнике 50x20x25 мм. Дежурный трансформатор имеет большой запас по мощности, а также число витков на вольт выбрано больше расчетного. Благодаря этим мерам трансформатор практически не нагревается, что повышает его надежность (он ведь должен работать непрерывно в течение всего срока службы усилителя). Намоточные данные и диаметр провода указаны на схеме. Стабилизаторы напряжения особенностей не имеют. Микросхемы стабилизаторов U1 и U2 установлены на небольшом общем радиаторе. Для выключения уровней ±15 В используются ключи на транзисторах VT1 – VT4, которые управляются сигналом PEN, поступающим с платы процессора.
Рис. 11. Принципиальная схема платы дежурного источника питания.
Кроме стабилизаторов напряжения, на плате дежурного источника питания установлены ключи на транзисторах VT5 – VT12 для управления реле и вентилятором. Поскольку у микроконтроллеров семейства MCS-51 во время действия сигнала «Сброс» порты находятся в состоянии высокого логического уровня, все исполнительные устройства должны включаться низким уровнем. Иначе будут ложные срабатывания в момент включения питания или в случае срабатывания сторожевого таймера. По этой причине в качестве ключей нельзя применять одиночные n-p-n транзисторы с ОЭ или микросхемы драйверов ULN2003 и подобные.
Реле, предохранители и ограничительные резисторы расположены на плате реле (рис. 12). Подключение всех сетевых проводов производится через винтовые клеммники. Каждый основной трансформатор, дежурный трансформатор и блок внешних розеток имеют раздельные предохранители.
В целях безопасности внешние розетки отключаются двумя группами контактов реле K1, которые разрывают оба провода. Основные трансформаторы имеют отвод от середины первичной обмотки. Этот отвод может быть использован для получения напряжения 110 В для питания других компонентов комплекса. Аппараты, соответствующие американскому стандарту, стоят несколько дешевле, чем мультисистемные, поэтому они иногда встречаются и на нашей территории. На плате реле предусмотрены точки, откуда можно снять 110 В, но в базовом варианте это напряжение не используется.
Рис. 12. Принципиальная схема платы реле.
Схема соединений блоков на шасси усилителя показана на рис. 13. К вторичным обмоткам основных трансформаторов T1 и T2 подключены мостовые выпрямители, собранные на диодах VD5 - VD12 типа КД2997А. К выходу выпрямителей подключены конденсаторы фильтра суммарной емкостью более 100 000 мкФ. Такая высокая емкость конденсаторов необходима для того, чтобы получить низкий уровень пульсаций и улучшить способность усилителя воспроизводить импульсные сигналы. С конденсаторов фильтра питающее напряжение ±45 В подается на основные платы усилителя. Дополнительно имеются маломощные выпрямители, собранные на диодах VD1 - VD4, выходное напряжение которых фильтруется с относительно небольшой постоянной времени конденсаторами C1 и C2. Через резисторы R1 и R2 выходное напряжение этих вспомогательных выпрямителей подается на схемы защиты, которые собраны на основных платах усилителя. При выпадении нескольких полупериодов сетевого напряжения выходное напряжение вспомогательных выпрямителей падает, что обнаруживается схемами защиты, и реле нагрузки отключаются. В это время выходное напряжение основных выпрямителей еще достаточно большое за счет конденсаторов большой емкости, поэтому переходной процесс в усилителе при подключенной нагрузке не начинается.
Рис. 13. Схема соединения блоков усилителя.
Для усилителя мощности конструкция и компоновка не менее важна, чем схемотехника. Основная проблема заключается в том, что для выходных транзисторов требуется обеспечить эффективный теплоотвод.
При естественном способе охлаждения это выливается в массивные радиаторы, которые становятся чуть ли не основными элементами конструкции. Распространенная компоновка, когда задняя стенка служит одновременно радиатором, не подходит, так как тогда сзади не остается места для установки необходимых клемм и разъемов. Поэтому в описываемом УМ была выбрана компоновка с боковым расположением радиаторов (рис. 14):
Рис. 14. Общая компоновка усилителя.
Радиаторы несколько приподняты (это хорошо видно на рис. 4), благодаря чему обеспечивается их лучшее охлаждение. Основные платы усилителя закреплены параллельно радиаторам. Это минимизирует длину проводников между платой и выходными транзисторами. Еще одни габаритные элементы усилителя - сетевые трансформаторы. В данном случае применены два тороидальных трансформатора, которые установлены друг на друге в общем экране цилиндрической формы. Этот экран занимает значительную часть внутреннего объема корпуса усилителя. Основные выпрямители установлены на общем радиаторе, который расположен вертикально сзади экрана трансформаторов. Конденсаторы фильтра размещены снизу шасси усилителя и закрыты поддоном. Там же размещена плата реле. Дежурный источник питания закреплен на специальном кронштейне возле задней панели. Платы процессора и дисплея размещены в толще передней панели, которая имеет коробчатое сечение.
При разработке конструкции усилителя большое внимание было уделено технологичности конструкции и удобству доступа к любому узлу. Более подробно с компоновкой усилителя можно ознакомиться на рис. 15 и 18:
Рис. 15. Расположение узлов усилителя в собранном виде.
Основой корпуса усилителя является шасси из алюминиевого сплава Д16Т толщиной 4мм (4 на рис. 18). К шасси прикреплены радиаторы (1 на рис. 18) которые выфрезерованы из алюминиевой плиты или отливки. Необходимая площадь радиаторов сильно зависит от условий эксплуатации усилителя, но она не должна быть меньше 2000см2. Для облегчения доступа к платам усилителя радиаторы закреплены на шасси с помощью петель (10 на рис. 18), что позволяет радиаторы откидывать.
Для того, чтобы этому не мешали провода входных и выходных разъемов, задняя панель разбита на три части (рис. 4). Средняя часть закреплена с помощью кронштейна на шасси, а две боковых части закреплены на радиаторах. Разъемы установлены на боковых частях панели, которые откидываются вместе с радиаторами. Таким образом, радиатор в сборе представляет собой монофонический УМ, который подключается только проводами питания и плоским кабелем управления. На рис. 18 радиаторы для наглядности откинуты лишь частично, и задняя панель не разобрана.
Основные платы усилителя закреплены на радиаторах также с помощью петель (12 на рис. 18), что позволяет их откидывать, получая доступ к стороне пайки. Ось поворота платы проходит по линии отверстий для подключения проводов выходных транзисторов. Это позволило практически не увеличивать длину этих проводов при одновременной возможности откинуть плату. Верхние точки крепления плат представляют собой обычные резьбовые стойки высотой 15мм. Разводка односторонних основных плат левого и правого канала выполнена зеркально (рис. 16), что позволило оптимизировать соединения. Естественно, зеркальность топологии не полная, так как применяются элементы, которые нельзя просто расположить зеркально (микросхемы и реле). Рисунок дает примерное представление о топологии плат, топология всех плат доступна в архиве (см. секцию Download) в виде файлов в формате PCAD 4.5.
Рис. 16. Разводка основных плат усилителя.
Поскольку все транзисторы составного эмиттерного повторителя установлены на радиаторе, для уменьшения количества проводов часть схемы собрана на дополнительной плате 6 (рис. 17), которая закреплена на радиаторе. На рис. 5 эта часть схемы показана на синем фоне. Дополнительная плата является односторонней, причем все проводники расположены на верхней стороне. Поэтому ее можно крепить прямо на поверхность радиатора. Выводы всех транзисторов припаяны к площадкам на верхней стороне платы. Соединения дополнительной платы с основной платой выполнены короткими проводами, которые впаяны в пустотелые заклепки 7.
Для того, чтобы заклепки не замыкали на радиатор, в нем сделано углубление 8. Дополнительные платы левого и правого каналов разведены зеркально.
На каждом радиаторе 1 (рис. 17) имеется гладкая поверхность 2, которая обработана после чернения. На ней через керамические прокладки 2 установлено по девять транзисторов 4.
Рис. 17. Конструкция радиаторов:
| 1 - радиатор | 6 - плата |
| 2 - обработанная поверхность | 7 - пустотелые заклепки |
| 3 - керамическая прокладка | 8 - углубление в радиаторе |
| 4 - корпус транзистора | 9 - термодатчик |
| 5 - прижимная накладка | 10 - основная плата |
| Тип прокладки |
Относительное превышение температуры, °C |
| без прокладки | 0 |
| керамика на основе BeO, 1.5 мм | +4 |
| керамическая подложка, 1.0 мм | +16 |
| слюда, 0.05 мм | +28 |
| эластичная прокладка, 0.2 мм | +88 |
Это не очень удобно, так как требуется сверление керамических прокладок, что удается сделать только с помощью алмазных сверл, да и то с большим трудом.
Рядом с транзисторами установлен термометр 9. Как показал опыт, при креплении термометров DS1820 на их корпус нельзя оказывать большого давления, иначе показания искажаются, причем весьма значительно (лучше вообще термометры приклеить с помощью клея, обладающего высокой теплопроводностью).
Основные тороидальные трансформаторы (7 на рис. 18) через эластичные прокладки установлены друг на друге. Для уменьшения наводок со стороны трансформаторов на другую аппаратуру (кассетную деку, например), рекомендуется трансформаторы поместить в экран из отожженной стали толщиной не менее 1.5мм. Экран представляет собой стальной цилиндр и две крышки, стянутые шпилькой. Чтобы избежать появления короткозамкнутого витка, верхняя крышка имеет диэлектрическую втулку. Однако, если предполагается эксплуатировать УМ на большой средней мощности, то следует предусмотреть в экране вентиляционные отверстия или вовсе отказаться от экрана. Казалось бы, для взаимной компенсации полей рассеяния трансформаторов достаточно просто включить их первичные обмотки противофазно. Но на практике это мера очень неэффективна. Поле рассеяния тороидального трансформатора, при кажущейся его осевой симметрии, имеет очень сложное пространственное распределение. Поэтому переполюсовка одной из первичных обмоток приводит к ослаблению поля рассеяния в одной точке пространства, но к усилению в другой. Кроме того, конфигурация поля рассеяния существенно зависит от нагрузки трансформатора.
Рис. 18. Основные узлы усилителя:
| 1 - радиаторы | 12 - петля крепления платы |
| 2 - основные платы усилителя | 13 - стойка крепления платы |
| 3 - площадка на радиаторе для установки транзисторов | 14 - разъем кабеля управления (с платы процессора) |
| 4 - несущая плита | 15 - провод с выхода доп. выпрямителя |
| 5 - несущая плита передней панели | 16 - дежурный трансформатор в экране |
| 6 - передняя панель коробчатого сечения | 17 - плата дежурного источника питания |
| 7 - основные трансформаторы в экране | 18 - радиатор стабилизаторов напряжения |
| 8 - радиатор диодов выпрямителя | 19 - провода управления блоком реле |
| 9 - подвод питания к платам | 20 - задняя панель |
| 10 - крепление радиаторов на петлях | 21 - выходные клеммы |
| 11 - кронштейн крепления радиатора | 22 - входные разъемы |
К трансформатору питания УМ предъявляются очень жесткие требования. Это связано с тем, что он нагружен на выпрямитель с конденсаторами фильтра очень большой емкости. Это приводит к тому, что потребляемый от вторичной обмотки трансформатора ток носит импульсный характер, причем значение тока в импульсе во много раз превышает средний потребляемый ток. Чтобы потери в трансформаторе оставались низкими, обмотки должны иметь очень малое активное сопротивление. Другими словами, трансформатор должен быть рассчитан на значительно большую мощность, чем в среднем от него потребляется. В описываемом усилители применены два тороидальных трансформатора, каждый из которых намотан на сердечнике 110x60x40 мм из стальной ленты Э-380. Первичные обмотки содержат 2x440 вит. провода диаметром 0.6 – 0.8 мм, вторичные – 2x135 вит. провода диаметром 1.25 – 1.5 мм.
Выводы вторичных обмоток трансформаторов распаяны непосредственно на монтажных стойках выпрямителя. Выход выпрямителя короткими проводами соединен с блоком конденсаторов фильтра (рис. 20), который размещен под шасси. С блока конденсаторов фильтра короткими проводами большого сечения (9 на рис. 18) напряжение питания подается на основные платы усилителя. Провода пропущены сквозь отверстия в шасси, которые имеют изолирующие втулки.
Конструкция блока выпрямителей показана на рис. 19. На радиаторе 1 установлены диоды 2 через керамические прокладки 3. Диоды прижаты накладками 4. Монтаж выпрямителя выполнен на монтажных стойках 5 (такие применялись в качестве разъемов в телевизорах), которые запрессованы в диэлектрические втулки 6. Втулки выточены из эбонита или текстолита и запрессованы в радиатор 1. Нужно отметить, что применение такого большого радиатора в некоторой степени избыточно, так как мощность, выделяемая на диодах, мала. Кроме основных выпрямителей, здесь смонтированы и вспомогательные выпрямители, которые используются в схеме слежения за сетевым напряжением.
Рис. 19. Конструкция выпрямителя.
| 1 - радиатор диодов | 4 - накладка |
| 2 - корпус диода | 5 - контактная стойка |
| 3 - керамическая прокладка | 6 - текстолитовая втулка |
Конденсаторы фильтра размещены под шасси (рис. 20) и закрыты поддоном. Там же размещена плата сетевых реле, а также сетевой выключатель. Конденсаторы впаяны в небольшие печатные платы, которые попарно скреплены между собой другими платами. Почти вся площадь фольги на платах используется для параллельного соединения конденсаторов. В качестве выводов блока конденсаторов служат пустотелые заклепки, установленные в отверстиях платы. Таким образом, блоки конденсаторов имеют три входных и три выходных вывода.
Плата реле (ее принципиальная схема приведена на рис. 12) установлена снизу шасси на резьбовых стойках (рис. 20). На этой плате установлены плавкие предохранители, которые в целях безопасности закрыты прозрачной крышкой. Силовые выводы платы выполнены в виде винтовых клеммников. Сигналы управления реле подаются с платы дежурного источника питания через многоконтактный разъем.
Рис. 20. Плата реле и конденсаторы фильтра.
Параллельно задней панели на специальном кронштейне из листовой стали установлена плата дежурного источника питания (17 на рис. 18). На этом же кронштейне закреплен дежурный трансформатор 16, который помещен в экран. Под платой на кронштейне закреплен радиатор 18, на котором установлены микросхемы интегральных стабилизаторов источников питания +5 В и +12 В.
В усилителе есть цепи, ток в которых достигает 20А, поэтому топология межсоединений является весьма критичной. Требования традиционны: провода должны быть как можно короче, для сильноточных цепей их сечение должно быть достаточно большим, прямой и обратный проводники сильноточных цепей желательно выполнять в виде витой пары, что уменьшает индуктивность этих цепей. В первую очередь данные замечания относятся к земляным проводникам. Поскольку в усилителе имеются сильноточные аналоговые, слаботочные аналоговые, а также цифровые схемы, топология земляных проводников является довольно сложной (рис. 21):
Рис. 21. Топология земляных проводников:
| 1 - основные трансформаторы | 5 - дежурный источник питания |
| 2 - конденсаторы фильтра | 6 - плата процессора |
| 3 - основные платы | 7 - плата дисплея |
| 4 - схемы защиты |
В данном усилителе конденсаторы фильтра несколько удалены от основных плат. При этом между платами усилителя и конденсаторами фильтра источника питания появляются провода. Их индуктивность приводит к росту импеданса источника питания на высоких частотах. Чтобы скомпенсировать этот рост, на основных платах усилителя необходимо установить блокировочные конденсаторы емкостью 100 - 200 мкФ по цепям питания. На схеме основной платы усилителя (рис. 5) эти конденсаторы обозначены как C16 и C17. Следует обратить особое внимание на расположение проводов, подводящих питание к основным платам. Они должны быть как можно короче, еще они должны образовывать контур как можно меньшей площади. Эти предосторожности связаны с тем, что по проводам, подводящим питание, протекает ток негармонической формы. Действительно, ввиду того, что схема усилителя является двухтактной, потребление от источников ведется в разных полупериодах усиливаемого сигнала. Наводки от цепей питания на цепи усилителя может привести к росту коэффициента гармоник. Причем возможны наводки не только на входные, но и на выходные цепи усилителя. Наиболее неблагоприятны наводки на ту часть выходной цепи, которая находится после точки снятия сигнала обратной связи, так как в этом случае «наведенные» искажения обратной связью уменьшены не будут. Топология основных плат усилителя разработана таким образом, что входные цепи (входной сигнал и сигнал ООС), а также выходные цепи максимально удалены от цепей питания.
Передняя панель усилителя (6 на рис. 18) имеет коробчатое сечение. Несущая плита 5 передней панели изготовлена из сплава Д-16Т и имеет толщину 3 мм. Внешняя накладка панели изготовлена из листового полистирола толщиной 2.5 мм. Поверхность накладки (как и поверхность верхней крышки усилителя и задней панели) покрыта самоклеющейся пленкой ORACAL черного цвета с матовой поверхностью. Надписи сделаны по технологии GERBER-EDGE в виде небольших наклеек. Поскольку высота аппарата получается большой, а органов управления на передней панели относительно мало, из дизайнерских соображений передняя накладка панели разбита на две части – нижнюю и верхнюю (рис. 1, рис. 2, рис. 22). Обеим частям придана выпуклая форма. Верхней - за счет изгиба листа полистирола, форму которого поддерживают 4 лонжерона из полистирола толщиной 8 мм, установленных внутри панели; нижней - за счет обработки листа полистирола по толщине. Нижний торец передней панели имеет сложную форму, он выполнен методом «кусочно-линейной аппроксимации» полосками полистирола с последующей обработкой стыков. Склейка полистироловых деталей производилась клеем, приготовленном на основе толуола и полистироловых опилок.
Внутри передней панели в ее верхней части установлена плата процессора, а в нижней части - плата дисплея. Все органы управления и индикации размещены в нижней части. Чертеж передней панели показан на рис. 22:
Рис. 22. Чертеж передней панели усилителя.
Кнопки изготовлены из черного листового полистирола и подвешены на упругих полистироловых полосках. Напротив светодиодов в накладке проделаны отверстия диаметром 2мм, в которые запрессованы световоды – цилиндрики, изготовленные из молочного оргстекла. Световоды обеспечивают высокую равномерность свечения и угол обзора, близкий к 180°. Стекло дисплея также несколько выпуклое с внешней стороны, под ним установлена маска из черной пластмассы, в которой проделаны отверстия для индикаторов и транспарантов. Транспаранты напечатаны на прозрачной пленке с помощью струйного принтера. Сзади транспорантов помещена матовая пленка, которая хорошо рассеивает свет. За ней установлены светодиоды. Под общим стеклом расположен интегральный фотоприемник дистанционного управления. Для него в маске проделано квадратное отверстие. Все светодиоды, микропереключатели кнопок, фотоприемник, цифровые индикаторы и микросхемы для их управления установлены на общей плате дисплея. Исключение составляет кнопка полного отключения питания, которая через длинный толкатель связана с выключателем, установленным снизу шасси. Для толкателя в плате дисплея сделан полукруглый вырез. Плата дисплея связана с платой процессора с помощью трех разъемов и коротких отрезков плоского кабеля. Ответные разъемы платы процессора расположены точно над разъемами платы дисплея.
Плата процессора расположена в верхней части передней панели. Она закреплена с помощью резьбовых стоек на несущей плите передней панели. Кроме платы дисплея, плата процессора связана с основными платами и с платой дежурного источника питания. Для этого используются разъемы типа IDC-16 и плоские кабеля. Разъемы установлены на плате со стороны пайки, а в несущей плите для них проделаны окна. Конструкция печатной платы процессора показана на рис. 23:
Рис. 23. Конструкция платы процессора.
Верхняя крышка усилителя изготовлена из листовой стали толщиной 1.5 мм. Для лучшего охлаждения внутреннего объема усилителя крышка имеет перфорацию (рис. 4). Для крышки имеются специальные выборки в радиаторах. Передний торец крышки фиксируется специальным уголком, который крепится к несущей плите передней панели. Задняя часть крышки отогнута под углом 90° и крепится к задней панели с помощью 3-х винтов М3.
Поддон усилителя коробчатой формы изготовлен из листовой стали толщиной 1.5 мм методом сварки. Крепится поддон на специальных опорах, которые установлены снизу на шасси. В месте крепления опор к поддону снизу прикреплены ножки, изготовленные из листового полистирола толщиной 8 мм.
Настройка дежурного источника питания и цифровой части процессора особенностей не имеет, поэтому останавливаться на них подробно нет смыла. Некоторые трудности могут возникнуть с регулировкой схемы измерения выходной мощности. Дело в том, что аналоговые перемножители К525ПС2 требуют внешних подстроечных резисторов регулировки смещения X, Y и Z (существуют более удобные для применения перемножители, например, AD633, но цена 7$ отбивает всякую охоту их применять). Методика регулировки смещений довольно сложная. Быстрее всего настройку можно произвести с помощью анализатора спектра. Для этого в канал X нужно подать синусоидальное напряжение частотой 10 кГц и амплитудой 1 – 5 В, а в канал Y – частотой 11 кГц и такой же амплитудой. При правильной регулировке смещений в выходном сигнале должны быть только две составляющие: fy-fx и fy+fx. На рис. 24 показан спектр выходного сигнала перемножителя до регулировки. Видна составляющая fy, что говорит о неправильной регулировке смещения X, составляющая fx, что говорит о неправильной регулировке смещения Y, и составляющая с нулевой частотой, что указывает на неправильную регулировку смещения Z. Предлагаемый метод регулировки хорош тем, что каждый подстроечный резистор влияет только на одну компоненту. Постоянное смещение на выходе перемножителя калибруется программно, поэтому при регулировке смещения Z необходимо добиться на выходе перемножителя постоянного смещения порядка +100 мВ (величина, большая максимального температурного дрейфа). Это необходимо для того, чтобы правильно функционировала система автокалибровки нуля с однополярным АЦП.
Рис. 24. Спектр сигнала на выходе перемножителя.
После регулировки смещений остается лишь отрегулировать коэффициент передачи канала Y для калибровки шкалы измерителя мощности. Сделать это можно на полностью настроенном усилителе. На вход необходимо подать синусоидальный сигнал частотой 1 кГц и установить мощность на резистивном эквиваленте нагрузки 50 – 100 Вт. Мощность необходимо измерить обычными приборами (достаточно вольтметра переменного напряжения, ведь сопротивление нагрузки известно), а затем подстройкой коэффициента передачи канала Y добиться таких же показаний на дисплее усилителя. Если в измерительных цепях применены не очень точные резисторы, то, возможно, понадобится регулировка дифференциального усилителя. Цель регулировки – добиться наилучшего подавления синфазной составляющей. Сделать это можно, например, подбором резистора R47, который расположен на основной плате усилителя. Подбором этого резистора добиваются нулевых показаний измерителя мощности при отключенном эквиваленте нагрузки (т.е., когда выходное напряжение не равно нулю, а выходной ток - нулевой).
Настройку основных плат усилителя производят последовательно, вначале для левого, а затем для правого канала по следующей схеме: Отключить разъем процессора от основной платы усилителя. Выпаять C2 и R44 на основной плате. Закоротить нормально-разомкнутые контакты реле перемычкой. Установить подстроечный резистор R24 в нижнее по схеме положение, а R30 в среднее положение. Подключить первичную обмотку трансформатора настраиваемого канала к ЛАТР-у. Плавно повысить напряжение питание канала примерно до ±12 В и проследить скорость разрядки конденсаторов фильтра при выключении питания. Если напряжение падает плавно (5 сек и более), значит потребление в норме. На короткое время плавно подать номинальное напряжение питания и проконтролировать прохождение сигнала со входа на выход усилителя. Подключить эквивалент нагрузки. Подать номинальное напряжение питания и подстроечным резистором R24 установить ток покоя, равный 133 мА (на каждом из резисторов R32 – R35 должно падать около 20 мВ). Проверить напряжение питания U1 – U3, которое должно быть в пределах ±13..16 В. Проверить постоянную составляющую выходного напряжения, которая не должна превышать 1 мВ. Подать на вход меандр с частотой 20 кГц и проверить переходную характеристику. Выброс на переходной характеристике не должен превышать 3%. Измерить скорость нарастания выходного напряжения. Она должна быть около 60 В/мкс. Подключить C2. Подключить на выход резистор сопротивлением 1 - 1.5 ом. Резистор будет рассеивать значительную мощность, поэтому скорее всего придется применить для него водяное охлаждение. Подать на вход синусоидальное напряжение частотой 1 кГц. Увеличить его амплитуду так, чтобы пиковое значение тока в нагрузке достигло 20А. С помощью подстроечного резистора R30 добиться срабатывания защиты по току. Этот пункт нужно проделать оперативно, иначе выходные транзисторы могут перегреться. Проверить работу системы CLEAN DRIVE. Для этого подключить эквивалент нагрузки проводами малого сечения и длиной 2 – 3 м. На вход подать синусоидальное напряжение частотой 1 кГц, обеспечив в нагрузке мощность 40 – 50 Вт. При подключении третьего провода системы CLEAN DRIVE амплитуда сигнала на нагрузке должна возрастать, компенсируя падение на проводах. Снять перемычку с контактов реле, подключить R44. Проделать пп. 1 – 10 с платой другого канала. После настройки основных плат двух каналов нужно полностью восстановить соединения: подключить процессор, подключить основные трансформаторы к блоку реле. Включить питание. Убедиться, что процесс включения усилителя проходит нормально. Включение должно происходить и при пониженном до 187 В напряжении сети. В противном случае нужно уменьшить номиналы резисторов R55, R56 в схеме защиты (они расположены на основных платах). Нужно иметь ввиду, что если хотя бы один канал неисправен или не подключен, то нормальное включение невозможно. Проверить защиту от пропадания сетевого напряжения. При выключении сетевой вилки на работающем усилителе реле нагрузки должно сразу выключиться. Проверить защиту от постоянной составляющей. Для этого через резистор 10К нужно подать попеременно ±15 В в точку соединения резисторов R57 и R59. При этом защита должна срабатывать. На этом настройку можно считать законченной. Некоторые замечания по поводу текущей версии программы: В исходном тексте присутствует, но запрещено автоотключение усилителя, если более 5 мин. отсутствует сигнал. Дело в том, что эксплуатация УМ возможна при очень малой выходной мощности, когда разрешающей способности измерителя выходной мощности недостаточно. Проблема сразу не была очевидной, так как в предварительном усилителе автоотключение успешно реализовано. Разница состоит в том, что в тракте предварительного усилителя всегда нормированный уровень сигнала, а сигнал для УМ может быть ослаблен регулятором громкости во много раз. Алгоритм управления вентилятором отлажен не полностью, возможно некоторое его несоответствие описанному. Учитывая тот факт, что за всю историю эксплуатации усилителя температура поднималась до критического значения всего один раз, отладка этого фрагмента откладывается на потом. Текущая версия поддерживает работу с устаревшими термометрами DS1820. Несмотря на то, что на преобразование температуры термометру отводится 1000мс, прямая замена его на DS18S20 невозможна. Требуется корректировка фрагмента программы, где вычисляется температура с точностью до 0.1 °C, так как у старых и новых термометров разные диапазоны числа COUNT_PER_C.
Литература: Николай Сухов. УМЗЧ высокой верности. Радио, №6, 89, стр. 55 – 57, №7, 89, стр. 57 – 61. Николай Сухов. К вопросу об оценке нелинейных искажений УМЗЧ. Радио, №5, 89 стр. 54 – 57. Audio. January 1993. Vol.77, No. 1. Pages 138-139 (перевод А. Михайлова). http://www.mva.narod.ru/radio/Hi-Fi.htm Л. Ридико. Предварительный усилитель с микроконтроллерной системой управления. Схемотехника, №1-2 2000 г., №1 2001г. Алексей Белов. Личные беседы. НИИ Ядерных Проблем, г. Минск.
e-mail: wubblick@yahoo.com
УМЗЧ ВВ с упрощенной системой управления
УМЗЧ ВВ с упрощенной системой управления
В статье "УМЗЧ ВВ с микроконтроллерной системой управления" была описана конструкция усилителя мощности с довольно сложной системой управления, которая имеет большое количество функций и развитую индикацию. Однако распространен и другой вариант дизайна усилителей – минималистский. Особенно по душе он любителям аппаратуры Hi-End. Это обычно далекие от техники люди, готовые поверить любым слухам. А слухи утверждают, что настоящий высококачественный усилитель не должен иметь никаких удобств, иначе из-за наличия дополнительной электроники звук будет хуже. Такие слухи не имеют под собой почвы, так как проблема электромагнитной совместимости отдельных узлов усилителя легко может быть решена. Но, тем не менее, минималистский вариант усилителя также имеет право на существование, и именно такой вариант описан в этой статье.
Вариант усилителя с упрощенной системой управления имеет на передней панели лишь сетевой выключатель и один двухцветный светодиод (рис. 1). Описываемый вариант усилителя назван NSM (National Sound Machines), модель PA-2020. Управление дежурным режимом осуществляется с помощью проводного дистанционного управления, которое подключается к предварительному усилителю или другому компоненту комплекса, имеющему ИК-дистанционное управление. Такой способ управления дежурным режимом широко используется в фирменных аппаратах, например в усилителе YAMAHA MX-1. Если проводное дистанционное управление не подключено, то усилитель просто включается и выключается сетевым выключателем и никогда не переходит в дежурный режим.
Рис. 1. Внешний вид усилителя.
Как и "УМЗЧ ВВ с микроконтроллерной системой управления", данный вариант усилителя построен на основе УМЗЧ ВВ Николая Сухова. Основные платы двух вариантов усилителя одинаковы, отличия заключаются только в системе управления. Система управления предельно упрощена, теперь она выполняет только функции защиты и контролирует процесс включения усилителя.
Два из этих уровней являются положительными, а два – отрицательными. Для положительных уровней собраны неинвертирующие усилители на U3B и U3D. Их коэффициент передачи равен приблизительно 0.1. Он определяется резисторами R6R7 (R10R11) и R55 (на основных платах). Для отрицательных уровней собраны инвертирующие усилители на U3A и U3C. Их коэффициент передачи соответственно равен -0.1 и определяется резисторами R8R9 (R12R13) и R56 (на основных платах). Выходы всех усилителей объединены. Это стало возможным в результате применения в качестве U3 не ОУ, а компаратора с открытыми коллекторными выходами. В результате такого объединения в линейном режиме будет работать только один из четырех усилителей, входное напряжение которого по модулю меньше. Именно это напряжение, умноженное на коэффициент передачи, и будет присутствовать на выходе. Резистор R25 является нагрузочным, емкость C12 необходима для обеспечения устойчивости усилителей. Диоды VD1-VD4 предотвращают попадание на входы усилителей напряжения обратной полярности, а диоды VD10VD11 ограничивают отрицательное напряжение на входах компараторов во избежание его выхода из допустимого диапазона синфазного входного напряжения.
Включение основных трансформаторов питания осуществляется с помощью реле K1 - K4. Раздельные реле для трансформаторов правого и левого каналов применены по той причине, что реле с одной группой контактов менее дефицитны. При включении усилителя вначале микроконтроллер включает реле K1 и K2, которые подключают основные трансформаторы через резисторы R21 – R24. После этого конденсаторы фильтра основных источников питания начинают заряжаться. В это время осуществляется контроль за всеми напряжениями питания, и как только все они по модулю превысят уровень примерно 30 В, срабатывает встроенный компаратор, указывая микроконтроллеру на завершение этапа зарядки конденсаторов. Если компаратор не срабатывает в течение отведенного времени, то срабатывает защита, и основные трансформаторы отключаются.
Если зарядка конденсаторов прошла успешно, то спустя некоторую защитную паузу микроконтроллер включает реле K3 и K4, которые своими контактами закорачивают ограничительные резисторы. При этом схема слежения за напряжениями питания продолжает работать, но порог снижается примерно до 17 В. Это позволяет напряжению довольно сильно «просаживаться» под нагрузкой, однако при полном пропадании одного из напряжений питания защита сработает.
После полного включения основных трансформаторов проверяется состояние сигналов готовности систем аппаратной защиты (сигналы OKL и OKR), и если они в норме, формируется сигнал ENB, разрешающий включение реле нагрузки.
В случае срабатывания аппаратной защиты на одной из основных плат, схемой защиты снимается сигнал OKL или OKR. Это обнаруживается микроконтроллером, который отключает основные трансформаторы и включает индикацию аварии. В данной версии системы управления конкретная причина срабатывания защиты микроконтроллером не устанавливается. Это позволило обойтись только сигналами OKL, OKR и ENB. Все сигналы с основных плат поступают через разъемы XP1 и XP2 типа IDC-10.
При срабатывании любого вида защиты светодиод начинает мигать красным цветом. Если условия, которые вызвали перегрузку, исчезают, светодиод начинает мигать оранжевым цветом (красный + зеленый). Это сигнализирует о том, что усилитель готов к повторному включению. Для реализации такой индикации дополнительно анализируется сигнал срабатывания защиты по току IOF. Сигнал DCF не используется. Управление двухцветным светодиодом осуществляется с помощью ключей VT2 и VT3, в качестве которых используются цифровые транзисторы типа DTA144E. С помощью резисторов R14 и R15 устанавливают требуемый ток светодиодов и, соответственно, яркость свечения.
Обмотки реле коммутируют полевые транзисторы VT5 и VT7, которые имеют очень малое сопротивление в открытом состоянии и, как следствие, способны коммутировать относительно большие токи (до 1.4 А). Полевыми транзисторами управляют цифровые транзисторы VT4 и VT6.
Они понадобились по той причине, что у микроконтроллера во время действия сигнала "RESET" выходы находятся в состоянии высокого логического уровня, а в это время реле должны быть выключены. Конечно, ключи для управления реле можно собрать и на обычных биполярных транзисторах.
Для контроля температуры радиаторов использованы термометры DS1821 фирмы Dallas, которые запрограммированы в режим термостата. При достижении температурой порога в 70 °C выход термометра переключается в состояние низкого логического уровня, что вызывает срабатывание защиты. Обратное переключение происходит при остывании радиаторов до 55 °C. Нужно отметить, что температурные пороги можно установить другими при программировании термостатов. Программирование можно осуществить с помощью Prog-1821. Можно вообще обойтись без температурной защиты, в этом случае термометры можно просто не подключать.
Сигнал дистанционного управления поступает с разъема XP4 на защитную цепочку R16VD5VD6, далее на эмиттерный повторитель на транзисторе VT1. Включается усилитель сигналом логической единицы в формате TTL на входе REMOTE. Необходимо отметить, что сигнал дистанционного управления не случайно поступает на вход прерывания микроконтроллера INT0. Это позволяет при необходимости реализовать ИК дистанционное управление непосредственно усилителем мощности. Для этого достаточно на вход REMOTE подключить интегральный фотоприемник, а в программу добавить текст декодера. В текущей версии программы декодер отсутствует.
Для обеспечения высокой надежности работы применен супервизор U2 типа ADM1232 фирмы Analog Devices. Для сброса встроенного сторожевого таймера используется периодический сигнал ST, который формируется программно на порту микроконтроллера P3.0. Сигнал формируется только в том случае, если функционирует как основная программа, так и внутреннее прерывание таймера.
Дежурный источник питания обеспечивает два уровня: +5 В и +12 В. Уровень +5 В используется для питания микроконтроллера и вспомогательных микросхем.
Уровень +12 В служит для питания реле и схем аппаратной защиты, которые собраны на основных платах. Основой дежурного источника является трансформатор T1, который вместе с выпрямителем VD9 и конденсаторами фильтра C5, C6 обеспечивает на входе стабилизатора U4 постоянное напряжение около 16 В. На выходе стабилизатора U4 получается напряжение +12 В, а на выходе стабилизатора U5 – напряжение +5 В. Микросхемы стабилизаторов для лучшего охлаждения установлены на задней стенке усилителя.
Остановимся на некоторых незначительных отличиях в основных платах двух вариантов усилителя. В данном варианте усилителя на плате устанавливается разъем IDC-10 вместо IDC-16, контакты 11-16 не используются. В связи с этим на платах можно не устанавливать следующие элементы: VT23, R68, R47-R54. Номиналы резисторов R55 R56 нужно уменьшить до 82К. Эти номиналы зависят от напряжения питания усилителя, поэтому в некоторых случаях их придется подобрать таким образом, чтобы нормальное включение усилителя обеспечивалось даже при пониженном до 187 В сетевом напряжении. Попытка включения усилителя при более низком напряжении сети должна приводить к срабатыванию защиты. Как уже отмечалось выше, ещё одно отличие состоит в том, что вместо термометров DS1820 применены термометры DS1821, запрограммированные в режим термостата.
Общая схема соединений усилителя показана на рис. 4. В отличие от предыдущей версии усилителя, вся система управления теперь собрана на одной плате (Сontrol Board), к которой через разъемы XP1 и XP2 с помощью плоского кабеля подключены основные платы (Main Board L и Main Board R). К винтовым зажимам 1 и 2 платы управления подключен сетевой выключатель, который установлен на передней панели. Этот выключатель может быть рассчитан на небольшой ток, так как он коммутирует только первичную обмотку дежурного трансформатора. К зажимам 3 и 4 подключен сетевой разъем, который находится на задней панели. Зажимы 5 – 8 предназначены для подключения первичных обмоток основных трансформаторов.
Через разъем XP3 подключен двухцветный светодиод, который смонтирован на небольшой платке на передней панели. Разъем XP4 служит для подключения 3.5-миллиметрового гнезда дистанционного управления, которое размещено на задней панели.
Рис. 4. Общая схема соединений усилителя.
Компоновка данного варианта усилителя почти не отличается от компоновки предыдущего варианта. Отличия сводятся к упрощению конструкции для повышения технологичности и уменьшения стоимости. В частности, практически полное отсутствие органов управления и индикации позволило существенно упростить конструкцию передней панели. Размеры корпуса уменьшены до 280x135x305мм. На рис. 5 - 7 показан сборочный чертеж усилителя. Позиционные обозначения узлов на всех рисунках совпадают. Шаг сетки - 10мм.
Рис. 5. Сборочный чертеж усилителя (вид сверху).
Рис. 6. Сборочный чертеж усилителя (вид сбоку).
Рис. 7. Сборочный чертеж усилителя (вид спереди).
| 1 - радиаторы | радиатор левый: pa2020_heatsinkl.pdf, 18Kb радиатор правый: pa2020_heatsinkr.pdf, 18Kb |
| 2 - основные платы | PCAD 4.5 в архиве: pcb2020.zip, 18 Kb |
| 3 - транзисторы на радиаторе | прижим транзисторов: pa2020_vt_hld.pdf, 15Kb |
| 4 - стойки крепления основной платы | высота 15 мм, резьба М3 |
| 5 - входные разъемы | RCA на изолирующих прокладках |
| 6 - выходные клеммы | |
| 7 - разъем дистанционного управления | 3.5 мм phones jack |
| 8 - сетевой разъем | |
| 9 - плата управления | PCAD 4.5 в архиве: pcb2020.zip, 18 Kb |
| 10 - интегральные стабилизаторы | 7812 и 7805 |
| 11 - кронштейн задней панели и платы управления | кронштейн: pa2020_rpanhld.pdf, 20Kb боковая задняя панель: pa2020_rear1.pdf, 15Kb средняя задняя панель: pa2020_rear2.pdf, 15Kb несущая задняя панель: pa2020_rear3.pdf, 17Kb |
| 12 - точка заземления шасси | |
| 13 - блок выпрямителей | радиатор диодов: pa2020_vd_heats.pdf, 22Kb изоляционная втулка: pa2020_vd_iso.pdf, 11Kb |
| 14 - плата конденсаторов фильтра | рисунок проводников см. на сборочном чертеже |
| 15 - основные трансформаторы | чашка нижняя: pa2020_tr_hld1.pdf, 20Kb чашка верхняя: pa2020_tr_hld2.pdf, 17Kb |
| 16 - шпилька крепления трансформаторов | pa2020_tr_hld3.pdf, 15Kb |
| 17 - ножки | pa2020_foot.pdf, 15Kb |
| 18 - нижние кронштейны радиаторов | pa2020_hs_hold.pdf, 21Kb |
| 19 - верхние кронштейны радиаторов | pa2020_lock.pdf, 17Kb |
| 20 - кронштейн передней панели | pa2020_fpanhld.pdf, 15Kb |
| 21 - несущая плита передней панели | pa2020_frontsp.pdf, 18Kb |
| 22 - передняя панель | pa2020_frontp.pdf, 16Kb |
| 23 - сетевой выключатель | |
| 24 - двухцветный светодиод | |
| 25 - плата транзисторов | PCAD 4.5 в архиве: pcb2020.zip, 18 Kb |
| 26 - конденсаторы фильтра | 8 x 10 000uF x 50V |
| 27 - стойка платы конденсаторов фильтра | высота 15 - 30 мм, резьба М3 |
| 28 - верхняя крышка | pa2020_top_cov.pdf, 25Kb |
| 29 - шасси | pa2020_chasis.pdf, 20Kb |
| сборочный чертеж: pa2020s.pdf, 129Kb |
Основой конструкции корпуса является шасси 29 толщиной 3мм из сплава Д16Т. На шасси с помощью стальных кронштейнов 18 закреплены радиаторы 1. Задняя панель разбита на три части. На средней части установлен сетевой разъем 8 и разъем дистанционного управления 7. На боковых частях панели, которые прикреплены к радиаторам, установлены входные разъемы 5 и выходные клеммы 6. Из-за недостаточной ширины задней панели выходные клеммы установлены друг над другом. Все три части задней панели скрепляются несущей плитой задней панели, которая закреплена на шасси с помощью кронштейна 11. На этом же кронштейне закреплена плата управления 9. На несущей плите задней панели установлены микросхемы интегральных стабилизаторов 10, плита служит для них теплоотводом.
Передняя панель также состоит из двух "слоев" - несущей плиты 21 и собственно передней панели 22. Материалом служит листовой дюралюминий толщиной 3мм. Для того, чтобы избежать винтов крепления на передней панели, на ее обратной стороне выфрезерованы цилиндрические углубления, в которые завальцованы винты M3 с потайной головкой. Эти винты скрепляют между собой панель и несущую плиту. Несущая плита, в свою очередь, закреплена на шасси с помощью кронштейна 20. Кронштейн 20, как и кронштейн задней панели 11, изготовлен из листовой стали толщиной 1.25мм. Выкройка сделана на станке лазерной резки с ЧПУ.
Сетевой выключатель 23 крепится своими защелками в окне передней панели 22. Светодиод 24 смонтирован на небольшой платке, которая с помощью резьбовой стойки закреплена на несущей плите 21. Поверхность передней панели покрыта самоклеющейся пленкой ORACAL черного цвета с матовой поверхностью. Надписи выполнены в виде небольших этикеток, изготовленных по технологии GERBER-EDGE.
Основные платы 2 закреплены на радиаторах с помощью резьбовых стоек 4 высотой 15мм. Транзисторы 3 составного эмиттерного повторителя смонтированы на радиаторе. Все соединения транзисторов выполнены на дополнительных платах 25, которые закреплены на радиаторах.
Основные трансформаторы 15 закреплены на шасси с помощью шпильки 16 и накладок, которые имеют форму чашек. Основные трансформаторы, как и дежурный трансформатор, экранов не имеют.
Несколько изменена конструкция блока выпрямителей. Теперь диоды смонтированы на алюминиевой плите толщиной 4мм (рис. 8), которая прижата винтами к шасси. Таким образом, теплоотводом для диодов является все шасси. Монтаж выпрямителей выполнен так же, как и в предыдущей версии усилителя.
Рис. 8. Конструкция блока выпрямителей.
Над блоком выпрямителя на резьбовых стойках 27 закреплена плата 14, на которой смонтированы конденсаторы фильтра 26. Стойки 27 одновременно крепят плиту выпрямителя к шасси, хотя кроме стоек она прикреплена еще двумя дополнительными винтами.
Правильно собранная плата управления в настройке не нуждается. В отдельных случаях может понадобится лишь скорректировать порог компаратора, который следит за напряжениями питания. Сделать это можно заменой номиналов резисторов R55 и R56 на основных платах или заменой номиналов резисторов R1 – R3 на плате управления. Настройку основных плат усилителя производят точно так же, как и для предыдущего варианта усилителя.
Электрические параметры усилителя PA2020, как и усилителя, описанного в предыдущем проекте (PA9000), близки к параметрам УМЗЧ ВВ Николая Сухова [1].
Литература: Николай Сухов. УМЗЧ высокой верности. Радио, №6, 89, стр. 55 – 57, №7, 89, стр. 57 – 61.
АКУСТИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ МНОГОПОЛОСНЫХ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ
Наибольшее распространение у зарубежных радиолюбителей получили двух-и трехполосные акустические системы. Нередко для дополнительного улучшения отдачи на нижних частотах корпус громкоговорителя снабжают фазоинвертором. Используют я другие приемы для улучшения характеристик громкоговорителей с двумя и тремя полосами разделения частоты сигнала.
Двухполосный громкоговоритель со щелевым инвертором.
Обычно отверстие инвертора имеет прямоугольную форму и размещается несколько ниже отверстия низкочастотной головки. Поскольку фазоинвертор улучшает звучание только на нижних частотах, где направленность излучения практически отсутствует, для нормальной работы фазоинвертора несущественно место размещения отверстия, а также его форма. Главное, чтобы его площадь была равна примерно половине площади диффузора. С учетом изложенного была предложена оригинальная конструкция двухполосного громкоговорителя со щелевым отверстием фазоинвертора, размещенным на задней стеyке. Конструкцию этого громкоговорителя можно уяснить по эскизу, приведенному на рис.1.
Puc.1
Первая особенность конструкции громкоговорителя - щелевое отверстие шириной 26 мм и длиной 860 мм, т. е. во всю длину задней стенки. Вторая особенность - призматическая форма корпуса: ширина лицевой панели 610мм, задней - 190 мм. Нижняя и верхняя стенки имеют форму прямоугольника размерами 285х650 мм с двумя усеченными углами. Это сделано для удобства размещения громкоговорителя на полу, в углу комнаты. Тем самым достигаются сразу две цели. Во-первых, громкоговоритель размещается в том месте комнаты, где он не мешает. Во-вторых, создается дополнительный подъем нижних частот на несколько децибелл за счет отражения сигнала от двух боковых стен и пола комнаты.
Корпус громкоговорителя изготовляют из фанеры или древесно-стружечной плиты толщиной около 20 мм. Рейки для боковых распорок декоративного оформления тканью с поперечным сечением 90х50 мм - из сосны. Места соединения боковых стенок с верхней и нижней стенками укрепляют прямоугольными накладками с поперечным сечением 40х40 мм, изготовленными также из сооны.
Для устранения влияния отражения сигнала на средних и высших частотах внутри корпуса размещают простеганный слой натуральной или минеральной ваты толщиной не менее 50 мм. Такое покрытие должно быть выполнено по всей внутренней поверхности корпуса. При повторении конструкции можно использовать низкочастотную головку типа 6ГД-'2 и высокочастотную головку типа 3ГД-31, подогнав размеры отверстий на передней панели с учетом размеров диффузоров отечественных головок. При таком сочетании головок громкоговоритель способен эффективно воспроизводить сигналы в полосе частот от 40 Гц до 16 кГц. Подводимая мощность широкополосного сигнала может достигать 6-8 Вт. Разделительный фильтр должен иметь частоту разделения около 3 кГц. На рис. 2,а приведена принципиальная схема разделительного фильтра для совместной работы с низкочастотной головкой сопротивлением 8 Ом и высокочастотной головкой сопротивлением 6,5 Ом. При этом резистор R1 необходим для выравнивания сопротивления нагрузки высоко- и низкочастотного выходов фильтра. Если использовать отечественную высокочастотную головку на 8 Ом, резистор R1 необходимо исключить.
Puc.2 При изготовлении катушек можно применять картонные каркасы размерами, указанными на рис. 41,6. При этом катушка L1 должна содержать 100 витков, L2 - 120 витков провода марки ПЭВ-3 диаметром 0,9-1,1 мм. Требуемые емкости конденсаторов С1 и С2 можно получить, соединив параллельно несколько конденсаторов типа МБМ на 160 В с емкостями 1,0, 0,5 и 0,1 мкФ. Громкоговоритель с обратным экспоненциальным рупором. В настоящее время среди любителей и профессионалов большой популярностью пользуются так называемые малогабаритные акустические системы, сокращенно MAC. Небольшие по размерам, удобные в обращении, обладающие широкой полосой воспроизводимых частот, они получают все более широкое распространение. Правда, у них есть ряд недостатков. Самый существенный - относительно малая отдача во всей полосе частот. Для нормальной работы таких громкоговорителей требуется подводимая мощность около 10 Вт или более, тогда как для громкоговорителей обычного типа - в 2-3 раза меньше.
Этот недостаток в какой- то мере компенсируется возросшей мощностью современных усилителей низкой частоты. У громкоговорителей MAC есть еще один недостаток, обусловленный специфическими нелинейными искажениями, создаваемыми диффузором. Дело в том, что в таких громкоговорителях применяют специальные низкочастотные головки с очень легкой подвеской диффузора. За счет этого собственная резонансная частота головок очень низка и достигает 10-16 Гц. При установке головки в корпус с хорошей герметизацией резонансная частота ее увеличивается в 2-3 раза, достигая требуемого для высококачественного воспроизведения звука значения, равного 20-45 Гц. Демпфирование диффузоров таких головок происходит за счет упругости воздуха, заключенного во внутреннем объеме корпуса громкоговорителя. При этом диффузор работает подобно поршню компрессора, попеременно сжимая и расширяя воздух внутри корпуса. По этой причине низкочастотные головки с легкой подвеской называют компрессионными или головками с воздушной подвеской диффузора. Причина дополнительных нелинейных искажений, создаваемых низкочастотными головками MAC, заключается в том, что передняя и задняя поверхности диффузора этих головок имеют различные акустические сопротивления. Передняя поверхность соприкасается с открытым пространством, а задняя поверхность - с воздухом, замкнутым в герметизированном корпусе громкоговорителя. Очевидно, что для устранения дополнительных специфических нелинейных искажений низкочастотных головок необходимо сравнять или хотя бы сблизить акустические сопротивления обеих поверхностей диффузора. В одном из журналов было опубликовано краткое описание двухполосного малогабаритного громкоговорителя, в котором значительно ослаблены нелинейные искажения указанного типа. При внешних размерах 196х236х300 мм и массе 4,9 кг громкоговоритель обеспечивает эффективное воспроизведение звука в полосе частот от 60 Гц до 16 кГц при номинальной подводимой мощности 10 Вт. Суть усовершенствования заключается в использовании обратного экспоненциального рупора в качестве дополнительной акустической нагрузки для низкочастотной головки.
Рупор выполняют в теле передней панели громкоговорителя толщиной 20 мм, как показано на рис.3,а. Вид передней панели с фронтальной стороны показан на рис.3,б. Внутренняя поверхность корпуса громкоговорителя обложена слоем ваты толщиной около 50 мм, а магнитная система головки дополнительно поджимается деревянной подпоркой, вставленной между задней стенкой и магнитной системой. Корпус громкоговорителя герметизируют нитроклеем, которым промазывают изнутри все стыки и соединения. Переднюю панель с фронтальной стороны обтягивают тонкой радиотканью, сам корпус обклеивают имитирующей пленкой или фанеруют ценными породами дерева.
Puc.3 При повторении конструкции можно использовать компрессионную низкочастотную головку типа 6ГД-5 и высокочастотную головку ЗГД-31. В данной конструкции рекомендуется применять разделительный фильтр с частотой разделения около 3 кГц. Правда, головка типа 3ГД-31 имеет несколько большие размеры, чем высокочастотная головка, примененная автором конструкции. Это потребует некоторой переделки передней панели. Но можно обойтись и без переделок, если использовать высокочастотную головку типа 2ГД-36. Применение головки типа 2ГД-36 позволяет расширить полосу эффективно воспроизводимых частот до 18-20 кГц. Правда, здесь есть одна особенность. Некоторые образцы головок этого типа имеют относительно высокую частоту воспроизведения нижних частот - около б-6 кГц. В связи с этим может потребоваться изменить частоту разделения с 3 до 6 кГц. Для этого достаточно уменьшить число витков катушек L1 и L2 фильтра по схеме рис.2 до 70 и 90 соответственно, уменьшив при этом емкости конденсаторов С1 и С2 вдвое Громкоговоритель с расширенной диаграммой направленности. Наблюдения показали, что широкополосные и многополосные громкоговорители, у которых раскрывы диффузоров расположены в одной, обычно фронтальной плоскости, имеют один недостаток, обусловленный узостью диаграммы направленности излучения. Особенно заметна направленность в горизонтальной плоскости. Из-за этого сужается зона проявления стереоэффекта, ослабляется воспроизведение высших частот сигнала. Для борьбы с этим недостатком применяются различные средства, в том числе включение дополнительных громкоговорителей, размещенных определенным образом относительно основных громкоговорителей, вынесение отдельно средне- и высокочастотных головок, сведение сигналов нижних частот стереофонической системы в один монофонический сигнал и т.
п. Радиолюбительская практика показывает, что увеличение числа громкоговорителей загромождает жилое помещение, приводит к увеличению числа соединительных проводников. Поэтому более целесообразным является создание таких громкоговорителей, которые обладали бы широкой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и не занимали бы много места. На рис. 4,а приведены эскизы корпуса громкоговорителя, а на рис. 4,б - принципиальная схема его разделительного фильтра. Как видно из рисунка, громкоговоритель имеет по паре головок низкой и высокой частоты, включенных параллельно. Высокочастотные головки включены через простейший разделительный фильтр, состоящий из конденсатора C1 и резисторов R1 и R2.
Puc.4 Согласно описанию конструкции, низкочастотные головки рассчитаны на 15 Вт, высокочастотные - на 10 Вт каждая. Таким образом, громкоговоритель может быть применен для совместной работы с УНЧ до 30 Вт. Высокочастотные головки на мощность практически не влияют из-за относительно высокой частоты разделения полос, равной примерно 6 кГц. Главным достоинством громкоговорителя является широкая диаграмма направленности излучения в горизонтальной плоскости, составляющая 270° на частотах вплоть до 12 кГц. Это достигается, как видно из рис. 4,а, размещением пар головок высокой и низкой частоты во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем такое размещение четырех головок не увеличивает поперечного сечения корпуса громкоговорителя. Особенностью фильтра (рис. 4,б) является наличие дополнительного резистора R1, замыкаемого контактами В1. При разомкнутых контактах амплитудно-частотная характеристика громкоговорителя равномерна во всей .полосе воспроизводимых частот (от 60Гц по 18кГц). При замыкании контактов происходит дополнительный подъем отдачи на высших частотах (от 7 до 18 кГц) примерно на 3 дБ. Такая коррекция может потребоваться в том случае, когда в помещении находится много мягких предметов: шторы, занавеси и другие материалы, сильно поглощающие энергию звуковых колебаний высших частот. Своеобразное размещение головок в громкоговорителе открывает новые возможности для согласования размещения и взаимного положения громкоговорителей стереофонической установки с учетом акустики помещения.
На рис. 5 показано, как этого можно добиться, развернув громкоговорители в горизонтальной плоскости. Так, если комната средних размеров, а стены не-драпироваиные, то можно рекомендовать расположить громкоговорители так, как показано на рис.5,а. При этом корпуса громкоговорителей могут быть придвинуты вплотную к боковым стенам. В такой же комнате с мягкими стенами (задрапированными) .рекомендуется размещать громкоговорители не ближе 0,7 м от боковых стен (рис.5,б).
Puc.5 Если комната узкая, то можно направить основное излучение громкоговорителей в сторону боковых стен. За счет переотражения и переизлучения от стен удается получить эффект расширенной стереобазы (рис.5,в,г). В помещении больших размеров, когда громкоговорители расставлены относительно далеко друг от друга, можно создать эффект сближения их, для чего необходимо направить основное излучение громкоговорителей навстречу друг другу (рис.5,д,е). При повторении конструкции рекомендуется использовать для каждого экземпляра громкоговорителя по две головки типа 4ГД-4 или 4ГД-35 для низкочастотного тракта и две головки для высокочастотного. При этом номинальная мощность сигнала, подводимая к громкоговорителю, может достигать 8 Вт. При использовании головок типа 4ГД-36, паспортная мощность которых равна 8 Вт, допускаются кратковременные перегрузки до 16 Вт. Конечно, диаметр вырезов в панелях необходимо согласовать с размерами диффузодержателей отечественных головок. Следует заметить, что в последние годы появилось большое число любительских и профессиональных громкоговорителей, широкополосных и многополосных, в которых большая или меньшая часть излучения направляется в сторону стен помещения. В громкоговорителе, о котором шла речь, на боковое излучение отводится в среднем около половины подводимой мощности. Известны конструкции радиолюбителей, где из девяти однотипных широкополосных головок излучает во фронт только ... одна. Остальные восемь имеют основное излучение, направленное в тыл, в сторону стены помещения, т.
е. на излучение в сторону слушателя расходуется только 11% мощности, подводимой к громкоговорителю. Правда, остальные 89% излучаемой мощности не пропадают бесследно. Излучение вбок и назад, отражаясь от стен и пола, частично доходит до слушателя в виде рассеянного отраженного сигнала, восприятие которого создает иллюзию нахождения в просторном концертном зале. Меняя положение таких громкоговорителей относительно стен и пола, разворачивая их некоторым образом в горизонтальной плоскости относительно слушателя, можно добиваться наилучшего для данного помещения звучания электроакустической аппаратуры. Трехполосный громкоговоритель. О трехполосных громкоговорителях уже много говорилось ранее. На рис.6 приведен эскиз конструкции трехполосного громкоговорителя. Корпус громкоговорителя изготовлен из древесно-стружеч-ной плиты толщиной около 20 мм. Дно у корпуса отсутствует. Между полом и боковыми стенками оставлена щель высотой около 25 мм и длиной 200 мм. Ее назначение - создание дополнительного синфазного излучения на нижних частотах воспроизводимого сигнала.
Puc.6 Необычным является само размещение головок. Так, среднечастотная головка установлена на верхней стенке. Низко- и высокочастотные головки размещены на наклонной панели. Обе панели, верхняя и наклонная, задрапированы тканью по контуру, обозначенному на рис.6 штриховой линией, создавая иллюзию классической прямоугольной формы корпуса громкоговорителя. Такое размещение головок позволяет использовать хорошие отражающие и рассеивающие свойства относительно невысоких потолков современного жилища с целью получения пространственного, а не точечного источника звука. При повторении конструкции можно применить одну низкочастотную головку типа 4ГД-43, среднечастотную головку типа 4ГД-8Е и высокочастотную головку типа ЗГД-31. При этом следует соответственно изменить верхнюю и наклонную панели ящика. Для коррекции сопротивления высокочастотной головки параллельно ее выводам можно подключить постоянный резистор на 10-12 Ом.С учетам вышеизложенного номинальная мощность, подводимая к громкоговорителю, может составлять 5 Вт. Литература: В.А.Васильев. Зарубежные радиолюбительские конструкции. Москва, "Радио и Связь", 1982.
АКУСТИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ГОЛОВОК
Акустическое оформление динамических головок состоит из ящика или экрана, предназначенного для выравнивания амплитудно-частотных характеристик головок в области нижних частот звукового диапазона. Динамические головки, не имеющие акустического оформления, работают плохо на нижних частотах. Основная причина этого заключается в том, что передняя и задняя поверхности диффузора головки возбуждают звуковые колебания, равные по амплитуде, но противоположные по фазе. На нижних частотах, где излучение ненаправленное, противофазные колебания складываются и компенсируют друг друга, в результате чего резко падает акустическая отдача головки.
Для устранения взаимного влияния колебаний, возбуждаемых передней задней поверхностями диффузора, динамическая головка может быть размещена в простейшем случае в центре квадратного экрана, сделанного из толстой фанеры или древесно-стружечной плиты размерами LхL в метрах, где L=0,06/Fmin. Здесь Fmin-минимальная частота воспроизводимого сигнала, кГц.
Например, при минимальной частоте сигнала 50 Гц данная формула определяет сторону квадрата, равную 1,2 м. Очевидно, что пользоваться широкополосной головкой в столь громоздком акустическом оформлении неудобно. Поэтому акустические экраны в любительских конструкциях встречаются редко. Вместо них находят широкое применение различные многогранные ящики я ко. робки с задней стенкой и без нее. Следует отметить, что конструирование акустического оформления динамических головок требует сложных расчетов и точных сведений о характеристиках головки. Рассмотрение этих вопросов выходит за рамки данной книги. Ниже будут рассмотрены примеры того, как зарубежные радиолюбители осуществляют акустическое оформление широкополосных головок.
Сверхплоский фазоинвертор.
Фазоинверторами называются ящики, выполненные из толстой фанеры или другого подобного древесного материала (сосновых досок, древесно-стружеяных плит), в которых имеются два отверстия. Одно-для установки динамической головки, другое-для осуществления акустической связи внутреннего объема ящика с наружной средой.
При подборе определенных соотношений между размерами диффузора головки, второго отверстия и самого ящика, с учетом частотных свойств головки можно добиться того, что на нижних частотах колебания, возбуждаемые задней поверхностью диффузора головки, на выходе второго отверстия фазоинвертора окажутся в фазе с колебаниями, возбуждаемыми передней поверхностью диффузора. Это замечательное свойство фазоинвертора давно и широко применяется в любительских и профессиональных установках. У фазоинвертора имеется один недостаток-громоздкость ящика, близкого по форме к кубу. В этом отношении заслуживает внимания конструкция сверхплоского фазоинвертора. Чертеж конструкции приведен на рис.1.
Puc.1 Как следует из описания оригинала, корпус ящика фазоинвертора собирают из сухих сосновых досок или отрезков древесно-стружечной плиты толщиной около 20 мм. Габаритные размеры корпуса 150Х1580Х630 мм. Корпус рассчитан на установку в нем широкополосной динамической головки, аналогичной отечественной головке типа 4ГД-35 или 4ГД-36. Отверстие фазоинвертора имеет размеры 50х125 мм и находится под отверстием для головки. Диффу-зодержатель головки закреплен снаружи, заподлицо, что дает уменьшение потерь на всех частотах. Для устранения нежелательных колебаний лицевой и задней поверхностей корпуса имеются пять распорок, обозначенных на чертеже рис.1 штриховыми ливнями, которые соединяют переднюю и заднюю стенки. Распорки размером 20Х109Х200 мм изготовляют из того же материала, что и корпус ящика. Соединяют детали корпуса шурупами и нитроклеем. Внешняя отделка корпуса сводится к драпировке передней панели радиотканью, желательно неплотной, и оклейке стенок декоративной пленкой или их фанеровке. Фазоинвертор хорошо вписывается в интерьер современной комнаты и может быть размещен непосредственно у стены. Для стереофонической установки, потребуется два громкоговорителя. При повторении конструкции следует уточнить размеры посадочных отверстий для конкретного типа динамической головки. Кроме указанных выше, здесь возможно применение головок типа 4ГД-4, 4ГД-7, 4ГД-28. Громкоговоритель - органная труба. Высокие требования к качеству работы акустической установки, с одной стороны, и ограниченность площади жилого помещения, где могут быть размещены громкоговорители, с другой, заставляют конструкторов искать решения, удовлетворяющие этим требованиям, или находить приемлемый компромисс.
В этом отношении определенный интерес представляет конструкция однополосного громкоговорителя с двумя широкополосными динамическими головками, включенными синфазно, последовательно. Громкоговоритель описан в американской радиолюбительской литературе. Эскизы его передней панели и поперечного сечения показаны на рис.2.
Puc.2 Описываемый громкоговоритель имеет .корпус в виде колонки с поперечным сечением 200х200 мм, высотой 800 мм с двумя щелями у основания, образованными между полом и укороченными на 26 мм боковыми стенками, как показано на рис.2. В верхней части корпуса имеются два отверстия для установки динамических головок на передней и задней стенках корпуса. Размеры выреза и характеристики головок позволяют использовать в данной конструкции отечественные динамические головки типа ЗГД-38. Стенки корпуса изготавливают из фанеры или древесно-стружечной плиты толщиной около 15 мм. Вытянутая форма корпуса громкоговорителя, малая площадь пола, занимаемого им, .позволяют использовать такие громкоговорители в стерео- и квад-рафонических установках. Кроме того, громкоговоритель описываемой конструкции отличается улучшенной отдачей на нижних частотах и расширенной диаграммой излучения в горизонтальной плоскости. Первое достоинство обусловлено явлением стоячих волн, наблюдаемым внутри корпуса громкоговорителя, который ведет себя как органная труба, настроенная на частоту около 100 Гц. Именно на этой частоте вдоль корпуса громкоговорителя укладывается одна четверть волны, что способствует подъему нижних частот. На частоте вдвое выше, равной 200 Гц, наоборот, по длине корпуса укладывается точно половина длины волны. При этом наблюдаются подавления излучения из нижней части корпуса, что устраняет неприятный бубнящий призвук, свойственный акустическим установкам с большими линейными размерами. Второе достоинство связано с использованием двух головок, излучающих в противоположных направлениях. Меняя направления излучений колонок путем вращения их относительно продольной оси, можно добиться наилучшего воспроизведения звука в условиях конкретного помещения.
При этом не следует сожалеть о том, что половина излучаемой мощности направлена в противоположную сторону относительно слушателя. Нижние и средние частоты, отражаясь от стен и мебели, дают многократное переизлучение звука, как бы размывая небольшие размеры самих источников звука и создавая впечатление пространственного звучания. Громкоговоритель - групповой излучатель. Групповым излучателем называется совокупность однотипных динамических головок, размещенных в одной плоскости на определенном расстоянии друг от друга и соединенных между собой синфазно, последовательно или параллельно либо последовательно-параллельно. Для обеспечения хорошей работы громкоговорителя типа групповой излучатель необходимо, чтобы все головки были однотипными и к каждой головке подводилась одинаковая мощность. Невыполнение этих требований или нарушение синфазности работы головок снижает эффективность работы группового излучателя. Широкое распространение громкоговорителей этого типа за рубежом объясняется несколькими причинами. Первая заключается в том, что с помощью нескольких головок небольшой мощности можно создать громкоговоритель большой мощности. Так, в шведском радиолюбительском журнале публиковались описания любительских громкоговорителей, содержащих до 6-8 однотипных широкополосных головок по 20 Вт каждая. Такие громкоговорители могут работать с усилителями, имеющими выходную мощность до 100-200 Вт. Другой причиной распространения групповых излучателей является свойственное им улучшение отдачи на средних и особенно самых низких частотах. Это улучшение обусловлено увеличением площади раскрыва диффузоров, пропорциональное количеству головок. На самых низких частотах это увеличение составляет 6 дБ для четырех головок, 8 дБ - для шести и 9 дБ - для восьми. За счет этого происходит расширение полосы эффективно воспроизводимых частот в область более низких частот примерно на треть или половину октавы по сравнению с полосой пропускания одиночной головки в том же оформлении. Третьей причиной является то, что глубина ящика корпуса такого громкоговорителя может быть в 1,5-2 раза меньше, чем громкоговорителя с одной головкой, т.
е. групповой излучатель может быть достаточно плоским и его можно разместить на полу у стены или даже повесить на стену. Остановимся на двух вариантах конструкции громкоговорителя типа групповой излучатель, содержащего четыре динамические головки по 6 Вт каждая. В этих громкоговорителях наиболее удобно использовать низкочастотные головки типа 6ГД-2. При уменьшении диаметров отверстий возможно применение головок типа 4ГД-4 или 4ГД-7, 4ГД-ав. 4ГД-35, 4ГД-36. Предпочтение следует отдать первой и двум последним головкам.
Puc.3 Конструкция корпусов обоих вариантов показана на рис. 3,а, б. Корпуса выполняют из древесно-стружечной .плиты толщиной 20 мм. Детали собирают на шурупах и клею. Различие между вариантами заключается в форме передней стенки: на рис. 3,а она плоская, на рис. 3,6 - чуть сложена по середине. Обе конструкции имеют примерно одинаковые характеристики в области нижних частот Результаты проведенных автором расчетов показаны на рис.4, из которого видно, что заметный рост отдачи головок при расстоянии между центрами их диффузоров, равном 260 мм, наблюдается начиная с частоты сигнала ниже 600 Гц.
Puc.4 Главным достоинством громкоговорителя с изломанной передней панелью (рис. 3,б) является несколько лучшая равномерность излучения на средних и верхних частотах в обеих плоскостях. У громкоговорителя с плоской передней панелью (рис.3,а), наоборот, диаграмма излучения на этих частотах сужается. Широко шрименяются в последнее время групповые излучатели, их нередко попользуют в качестве излучателей нижних частот систем с несколькими полосами разделения частот сигнала. Такие системы, рассчитанные на подводимую мощность до 50-100 Вт и более, широко применяют для озвучивания эстрады, танцевальных залов и дискотек. Литература: В.А.Васильев. Зарубежные радиолюбительские конструкции. Москва, "Радио и Связь", 1982.
Громкоговорящее устройство
БЕЗОЛЬД Д., ШЮТЦ Р., ХЕЙСЛЕР В.
Отличительной особенностью предложенного устройства для высококачественного воспроизведения звука (см. рисунок) является введение акустической нагрузки диффузора динамической головки на замкнутый объем, образованный полостью между двумя обращенными один к другому диффузорами двух одинаковых динамических головок прямого излучения, включенных противофазно.
Благодаря такой конструкции громкоговорителя увеличивается жесткость диффузора в так называемом поршневом диапазоне работы головки и, кроме того, улучшается переходная характеристика громкоговорителя.
Возможны несколько вариантов построения громкоговорителя с использованием этого принципа (рис. а и б).
Патент ФРГ N 2906002
КОНСТРУКЦИИ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ
Простые громкоговорители
В тех случаях, когда громкоговоритель с требуемыми характеристиками приобрести не представляется возможным, его придется изготовить самостоятельно. Для этого потребуется одна или несколько однотипных динамических головок и сравнительно несложное акустическое оформление - деревянный ящик. В любительских условиях лучше всего использовать широкополосные динамические головки. Громкоговорители с широкополосными динамическими головками проще в изготовлении, чем громкоговорители, в которых используют несколько различных головок. Правда, самодельные громкоговорители на базе широкополосных головок имеют рабочий интервал воспроизводимых частот уже, примерно от 50-60 Гц до 14-16 кГц.
В последнее время разработаны и выпускаются промышленностью широкополосные головки, на базе которых можно построить однополосные громкоговорители с очень широким рабочим интервалом частот.
Внешне громкоговорители как промышленного изготовления, так и самодельной чаще всего оформляют в виде .параллелепипеда. Лицевую панель драпируют неплотной хлопчатобумажной или синтетической тканью. Ящик громкоговорителя изготовляют из досок или древесностружечных плит толщиной 15-20 мм.
Для самодельных громкоговорителей можно использовать динамические головки, перечень и характеристики которых приведены в таблице. Первые цифры в обозначении головки указывают на ее номинальную мощность.
Выбор головок и их числа в громкоговорителе определяется его назначением и требуемой номинальной мощностью. При этом необходимо иметь в виду и номинальное сопротивление головки, и сопротивление громкоговорителя в целом. Если в нем предполагается использовать только одну головку, ее номинальная мощность должна быть не меньше номинальной мощности усилителя НЧ, с которым громкоговоритель будет работать, а сопротивление головки должны быть не меньше минимального сопротивления нагрузки усилителя. Как показывает практика, лучше всего для такого громкоговорителя подходит четырехваттная головка 4ГД-4, 4ГД-35 или 4ГД-36.
В крайнем случае можно использовать головку ЗГД-38Е.
Таблица 1 Нужно отметить, что динамические головки выдерживают значительные перегрузки по подводимой мощности. Так, головки новых разработок ЗГД-38Е, 4ГД-35, 4ГД-36 в паспорте имеют и такой параметр, как паспортная мощность. Паспортная мощность головки ЗГД-38Е - 5 Вт, а головок 4ГД-35 и 4ГД-36 - по В Вт. За рубежом аналогом паспортной мощности головок является их максимальная мощность. Но несмотря на имеющийся запас механической прочности, не следует перегружать головку, поскольку при этом уровень нелинейных искажений звукового сигнала заметно повышается. Обычно коэффициент нелинейных искажений головки на номинальной мощности не превышает 5-10%. При достижении паспортной мощности коэффициент нелинейных искажений может достичь значения, когда они становятся заметными на слух. В тех случаях, когда требуется создать громкоговоритель номинальной мощностью большей, чем допускает одна головка, устанавливают несколько одинаковых головок (обычно две - четыре), электрически соединенных между собой последовательно, параллельно или смешано. Номинальная мощность такого громкоговорителя равна сумме номинальных мощностей головок. Было бы ошибкой считать, что наличие даже самых лучших головок гарантирует высокое качество громкоговорителя. Для этого необходимо еще подобрать соответствующее акустическое оформление, т. е. оптимальную для этих головок конструкцию ящика громкоговорителя. Кроме лицевой панели, на которую устанавливают головку или несколько головок, боковых, задней, нижней и верхней панелей, конструкция ящика может включать в себя и внутренние перегородки, различные поглощающие покрытия и другие детали. Существует несколько разновидностей акустического оформления громкоговорителя, имеющих свои особенности конструкции, достоинства и недостатки. В первую очередь общая конструкция громкоговорителя определяется числом его головок. Если головок в нем несколько и они размещены близко одна к другой, то такой громкоговоритель называют групповым излучателем.
Название это означает, что на низших частотах и частично на средних диффузоры головок колеблются почти синфазно, из-за чего акустическая отдача громкоговорителя увеличивается. На самых низких частотах увеличение отдачи кратно числу головок. Эту особенность групповых излучателей давно и эффективно используют в профессиональной звукоусилительной технике, например, в кинотеатральных установках, а в последнее время и в любительских конструкциях. Рабочий интервал воспроизводимых частот таких громкоговорителей расширен снизу по сравнению с громкоговорителями с одной головкой. Вместе с этим эффективность воспроизведения низших частот .во многом зависит от размеров и конструкции ящика громкоговорителя. В среднем можно считать, что для понижения нижней границы рабочего интервала воспроизводимых частот нужно увеличивать размеры ящика. Тем не менее известны конструкции громкоговорителей, которые при относительно небольших внешних размерах ящика имеют весьма малое значение низшей воспроизводимой частоты. На рис.1 представлены различные варианты конструкции акустического оформления для одной головки. Громкоговорители с несколькими головками могут быть устроены подобным образом. Самый простой вариант представляет собой ящик без задней стенки (рис. 1,а). Головка установлена на передней панели ящика раскрывом диффузора вперед, по направлению к слушателю. Звуковые колебания, возбуждаемые тыльной поверхностью диффузора, находятся в противофазе с колебаниями от передней его поверхности. Для того, чтобы полезные акустические колебания от передней поверхности диффузора не были подавлены в результате наложения на них колебаний от тыльной поверхности, ящик должен быть глубоким настолько, чтобы акустические волны от тыльной стороны диффузора достигали плоскости передней панели с определенной задержкой по сравнению с прямыми волнами, т. е. со сдвигом по фазе. На самой низкой воспроизводимой частоте этот сдвиг должен составлять 90°, для более высокой частоты он будет большим. Громкоговорители без задней стенки хорошо реализуют энергетические возможности головки, но имеют один недостаток: на качество их работы влияет наличие стен и других предметов, находящихся вблизи заднего отверстия ящика.
Поэтому такие громкоговорители приходится устанавливать не ближе 30- 40 см от стены. От указанного недостатка свободны громкоговорители с задней стенкой или замкнутые громкоговорители. Громкоговоритель может представлять собой герметизированный ящик, на передней панели которого установлена динамическая головка (рис. 1,б). Во избежание нежелательных отражений звука от внутренней поверхности ящика, ее покрывают толстым слоем звукопоглощающего материала (натуральной или минеральной ваты, шерсти, войлока и др.). Но такому громкоговорителю присущ другой недостаток-повышение резонансной частоты примерно в 2-3 раза и связанное с этим сужение рабочего интервала частот. Этот недостаток устраняют применением специальных компрессионных головок, имеющих очень низкую собственную резонансную частоту, всего 15-25 Гц. После установки в замкнутый ящик их резонансная частота увеличивается до приемлемого значения: 50-60 Гц.
Puc.1 Компрессионные головки, кроме того, что они относительно дороги и дефицитны, имеют еще один большой недостаток-низкий КПД. Лучшие компрессионные головки развивают стандартное звуковое давление не более 0,1 Па т. е. их КПД примерно в 4 раза меньше, чем у обычных головок со стандартным давлением 0,2 Па. Для работы таких громкоговорителей требуются большие мощности, обычно не менее 10-20 Вт, а громкость звучания при этом будет не больше, чем у громкоговорителя на 3-4 Вт с обычными головками. Но зато такой громкоговоритель будет иметь сравнительно малые размеры. А нельзя ли сделать громкоговоритель, свободный от указанных недостат-ков? Можно! Это-громкоговоритель с фазоинвертором, устройство которого показано на рис. 1,в. В передней панели этого громкоговорителя имеется еще одно отверстие сечением, близким к площади раскрыва диффузора головки или несколько меньшим. Это отверстие по форме может быть круглым или прямоугольным. Отверстие является устьем трубы-тоннеля, прикрепленного изнутри ящика к передней панели. Основным достоинством фазоинвертора является то, что акустические колебания, возбуждаемые тыльной поверхностью диффузора, на выходе из отверстия нa определенных частотах оказываются в фазе с колебаниями, создаваемыми передней поверхностью диффузора.
В результате эффективность работы громкоговорителя существенно увеличивается. Обычно подбирают размеры ящика (точнее-его внутрений объем), сечение отверстия фазоинвертора и длину тоннеля таким образом, чтобы поворот фазы на 180° тыльного излучения головки соответствовал частоте, близкой к резонансной частоте головки. При выполнении этого условия происходит расширение рабочего интервала воспроизводимых частот вниз. Раньше рабочую длину тоннеля фазовращателя выбирали равной толщине передней панели ящика, поэтому динамическую головку согласовывали с фазоинвертором выбором площади отверстия фазоинвертора и внешних размеров ящика. В результате громкоговорители были очень громоздкими. Сейчас широко используют в фазоинверторе тоннель, удлиняющий путь акустических волн перед выходом из ящика. Меняя длину тоннеля, можно весьма точно подобрать па раметры ящика громкоговорителя применительно к конкретной головке даже при сравнительно небольших его размерах. Следует указать, что точный расчет размеров ящика громкоговорителя с фазоинвертором очень сложен. Поэтому в любительских условиях удобно пользоваться номограммой, приведенной на рис. 2. Она однозначно связывает между собой внутренний объем ящика громкоговорителя, резонансную частоту динамической головки, площадь отверстия фазоинвертора и длину тоннеля. О том, как пользоваться номограммой, будет рассказано ниже, при рассмотрении кон струкций самодельных громкоговорителей.
Puc.2 Наиболее сложны по устройству громкоговорители с лабиринтом (см. рис. 1,г) и с рупором (см. рис. 1,д). Здесь так же, как и в фазоинверторе, использованы колебания, возбуждаемые тыльной стороной диффузора для увеличения отдачи на самых низких частотах. Лабиринт увеличивает длину пути, пробегаемого акустической волной внутри ящика. Характерной особенностью лабиринта является то, что площадь его поперечного сечения на всем протяжении остается почти постоянной. При этом общая длина пути звуковой волны должна быть равна четверти длины волны на самой низкой частоте рабочего интервала частот, обычно равной частоте собственного резонанса головки.
Расчет показывает, что при резонансной частоте 80 Гц длина лабиринта должна быть равна 1 м, при 40 Гц-2 м, при 20 Гц-4 м. Таким образом, на самых низких частотах длина лабиринта получается значительной. В громкоговорителе с рупором также установлено несколько перегородок для увеличения длины пути, проходимого акустической волной, возбуждаемой тыльной поверхностью диффузора, но при этом поперечное сечение лабиринта не остается неизменным, а увеличивается по мере приближения к выходному отверстию. Такая конструкция лабиринта позволяет сравнительно плавно согласовать относительно высокое давление за головкой с атмосферным давлением на выходе рупора, что дает повышение эффективности преобразования электрической мощности в акустическую на низших частотах. Длина рупора должна быть возможно большей. В радиолюбительской литературе можно найти описания различных конструкций громкоговорителей, но подавляющее большинство из них выполнено в в виде либо закрытого ящика с фазоинвертором, либо закрытого ящика с фазоинвертором, либо группового излучателя. Громкоговорители с лабиринтом и рупором сложны в изготовлении, требуют проведения сложных расчетов под конкретную головку, что затрудняет их повторение в любительских условиях. Ниже описаны самодельные громкоговорители с различным числом головок, способные реализовать энергетические возможности усилителей НЧ, описания которых приведены были выше. Громкоговорители с одной головкой На рис. 3 показаны два варианта конструкции передней панели громкоговорителя с фазоинвертором, в котором применена либо головка ЗГД-38Е, либо 4ГД-4 4ГД-35, 4ГД-36 (размеры для этого варианта даны в скобках). В первом варианте громкоговорителя рабочий интервал частот простирается от 80 Гц до 12,5 кГц, а сопротивление равно 4 Ом. У второго варианта громкоговорителя нижняя частота рабочего интервала соответствует 35-60 Гц. Сопротивление громкоговорителя также равно 4 Ом (у некоторых экземпляров головок 4ГД-36 сопротивление равно 8 Ом, что указывается в паспорте, прилагаемом к головке).
Puc.3 Следует отметить, что здесь указаны гарантированные границы частотного интервала, на практике он обычно шире и достигает 14 и даже 16 кГц. Переднюю панель громкоговорителя можно изготовить из многослойной фанеры толщиной 12-15 мм или древесностружечной плиты толщиной 18-20 мм. Ящик делают из того же материала и собирают на шурупах с обязательной проклейкой всех швов. Лучше всего использовать казеиновый или синтетический клей. Головку устанавливают на внутреннюю поверхность передней панели и крепят шурупами. Желательно под головку подложить кольцо из войлока или толстого сукна. Глубину ящика определяют, исходя из требуемого объема громкоговорителя, имеющегося материала и эстетических соображений. Для громкоговорителя с головкой ЗГД-38Е оптимальной является глубина 200 мм, а для 4ГД-4, 4ГД-35 и 4ГД-36 - 270 мм. После сборки ящика все швы необходимо герметизировать шпаклевкой и клеем. Изнутри к стенкам нужно приклеить слой поглощающего материала толщиной 3-5 см из ваты или шерстяной ткани, простеганной с одним или двумя слоями легкой хлопчатобумажной ткани, например, марли, для того, чтобы волокна и нити не попадали на головку. Тоннель фазоинвертора можно выполнить из фанеры толщиной 5 мм или из толстого жесткого картона. Зная размеры ящика и резонансную частоту головки, можно по номограмме рис. 2 определить длину тоннеля таким образом, чтобы обеспечить наилучшее воспроизведение низших частот. Покажем это на примерах. Пусть внутренний объем ящика равен 25 дм3, а сечение отверстия фазоинвертора-0,84 дм2. Резонансная частота головки ЗГД-38Е равна 80 Гц. Для нахождения длины тоннеля сначала находим точку пересечения наклонной прямой 80 Гц с вертикалью, проведенной через отметку 25 дм3. Затем из точки, соответствующей сечению 0,84 дм2, опускаем вертикаль до пересечения с горизонталью, проведенной через ранее полученную точку. Точка их пересечения в зоне кривых Длина тоннеля дает искомое значение. Согласно проведенным построениям, длина тоннеля должна быть равна 7 см. Для громкоговорителя с четырехваттной головкой внутренний объем громкоговорителя равен примерно 48 дм3, сечение отверстия фазоинвертора 1,3 дм2, а резонансная частота головки близка к 60 Гц.
Аналогичные построения на номограмме показывают, что длина тоннеля должна быть равна 9 см. В тех случаях, когда с первого раза не удается подобрать приемлемый результат, необходимо изменить объем или площадь сечения отверстия и вновь повторить построение. Как показывает практика, громкоговоритель с фазоинвертором обеспечивает дополнительное увеличение эффективности преобразования электрической мощности в акустическую на низших частотах примерно в 3-4 раза, т. е. на 5- 6 дБ. Это увеличение эквивалентно понижению нижней границы интервала воспроизводимых частот примерно на 20-30%. Конечно, достижение таких результатов возможно только при соблюдении всех требований, а в любительских условиях это затруднительно. Отклонения в размерах и резонансной частоте могут повлиять на конечный результат. В некоторой степени отклонения можно скомпенсировать подбором длины тоннеля. Для этого тоннель изготавливают с припуском 1,5-2 см по длине, а затем при налаживании припуск срезают до получения наилучшего звучания низших частот. Для того, чтобы при укорачивании тоннели каждый раз не разбирать громкоговорителя, можно рекомендовать временно вывести тоннель наружу. Правда, это несколько изменит общий объем ящика, но зато позволит быстро и удобно найти оптимальную длину тоннеля. Затем его вновь устанавливают внутрь ящика и окончательно фиксируют на клею. Переднюю панель следует задрапировать снаружи неплотной тканью. Ее предварительно стирают, красят в темный цвет (обычно в черный или коричневый), разглаживают и натягивают на панель слегка влажной. Закрепляют ткань на тыльной стороне панели мелкими гвоздями и клеем. После высыхания ткань плотно и ровно обтянет панель. Передняя панель должна плотно без зазоров прилегать к кромкам ящика. Обычно для этой цели к внутренней поверхности стенок ящика прикрепляют четыре рейки сечением 20х20 мм из прочной древесины, а к ним уже шурупами крепят переднюю панель. Громкоговорители с двумя головками Электрические характеристики громкоговорителя с одной динамической головкой полностью определяются ее свойствами.
Увеличение числа головок дает возможность регулировать эти характеристики. Можно изменять сопротивление громкоговорителя. Если соединить звуковые катушки головок синфазно-последовательно, сопротивление увеличится вдвое по сравнению с сопротивлением одной головки. При синфазно-параллельном включении головок сопротивление громкоговорителя уменьшается вдвое. Кроме этого, ,в обоих случаях увеличивается его номинальная мощность. Например, если использовать две головки ЗГД-38Е, то номинальная мощность составит 6 Вт (паспортная 10 Вт), а сопротивление может быть равно 2 или 8 Ом. Как было показано выше, сопротивление громкоговорителя обычно менее 4 Ом не выбирают, поэтому оптимальным следует считать сопротивление 8 Ом. При использовании двух головок 4ГД-35 номинальная мощность составит 8 Вт (паспортная 16 Вт), сопротивление 8 Ом. На рис. 4 показана разметка передней панели громкоговорителя с двумя головками ЗГД-38Е и 4ГД-35 или 4ГД-36. В первом случае (рис. 4,а) глубина ящика равна 300 мм, для варианта с четырехваттными головками (рис. 4,б)- 200 мм. Отверстия фазоинвертора в этом громкоговорителе выбраны круглыми, а тоннели с толщиной стенок 3-4 мм выполнены в виде цилиндра, склеенных из плотной бумаги или картона. В первом громкоговорителе тоннелей четыре, во втором - два. Сделано это для упрощения изготовления фаэоинвертора. При расчете учитывают суммарную площадь его отверстий. По номограмме длина каждого из четырех тоннелей первого варианта громкоговорителя должна быть равна 5 см, а каждого из двух второго-5,5 см. Тоннели склеивают на цилиндрических деревянных болванках диаметром 36 и 72 мм соответственно.
Puc.4 В случае необходимости переднюю панель можно изготовить и из двух кусков фанеры или древесностружечной плиты. Возможное место стыка двух частей показано на рис.4 штриховой линией. С внутренней стороны панели стык должен быть усилен накладкой из фанеры или древесностружечной плиты такой же толщины шириной 60-80 мм либо сосновой рейкой сечение 20Х50 мм. Размеры громкоговорителей позволяют разместить в них усилитель НЧ и автономный источник питания.
Для этого в ящике отгораживают отсек необходимых размеров. Уменьшение объема громкоговорителя компенсируют соответствующим удлинением тоннелей фазоинвертора. Такая конструкция громкоговорителя весьма удобна для различных переносных электроакустических установок. На верхней панели ящика целесообразно смонтировать ручку для переноски громкоговорителя. Громкоговорители с двумя головками несколько лучше воспроизводят низшие частоты. Это улучшение для описанных выше конструкций начинается с чатоты 800-1000 Гц и достигает максимума (отдача увеличивается почти в два раза) на частотах ниже 300 Гц. В свою очередь это расширяет полосы воспроизводимых частот примерно на полоктавы в сторону низших частот. Как уже было указано выше, изготовление громкоговорителя с фазоинвертром является относительно сложным делом. Поэтому, если требуется изготовить простую конструкцию громкоговорителя с относительно большой номинальной мощностью, целесообразно выбрать один из вариантов громкоговорителя типа групповой излучатель, содержащего четыре или шесть однотипных головок. Такие громкоговорители имеют значительную мощность, позволяют в широких пределах варьировать сопротивление и хорошо воспроизводят низшие частоты при использовании простейшего ящика без задней стенки. Групповой излучатель с четырьмя головками На рис.5 изображена разметка передней панели громкоговорителя, в котором установлены четыре однотипных четырехваттных головки (4ГД-4, 4ГД-35, 4ГД-36). Его номинальная мощность-16 Вт (паспортная - до 30 Вт), сопротивление зависит от выбранного типа головок и способа соединения их звуковых катушек (оно может быть равно 8 или 32 Ом для 4ГД-4 и 4 или 16 Ом для остальных). Громкоговоритель эффективно воспроизводит частоты от 45-50 Гц до 12-14 кГц.
Puc.5 Задняя стенка у ящика отсутствует. Глубина его-150 мм. На дне ящика изнутри можно разместить усилитель НЧ и автономный источник питания (или выпрямитель), причем каких-либо перегородок для них не требуется. Динамические головки громкоговорителя могут быть соединены последовательно или смешанно (параллельно-последовательно), как показано на рис. 6,а и б соответственно, во всех случаях обязательно синфазное включение головок, что обеспечивается правильным подключением начала и конца звуковых катушек.
У современных головок на диффузородержателе есть цветные метки, обозначающие начало катушки (на рис. 6 обозначено точками).
Puc.6 При описании усилителей НЧ было указано, что их выходная мощность зависит от сопротивления нагрузки. Поэтому, используя различные варианты включения головок, можно подбирать желаемые характеристики усилителя. Например, в том случае, когда усилитель питается от батарей элементов. целесообразно увеличить сопротивление нагрузки и тем самым снизить потребляемы" ток. Для этого головки включают последовательно. Если каждая головка имеет сопротивление 4 Ом, то громкоговоритель будет иметь 16 Ом. Параллельно-последовательное соединение головок предпочтительно при питании усилителя от мощного выпрямителя. В этом случае сопротивление громкоговорителя будет равно сопротивлению одной головки. Описанные в этой книге усилители НЧ могут работать как с автономным (батарейным), так и с сетевым питанием. Путем несложной коммутации звуковых катушек головок переключателем В1, как это показано на схеме рис.7, можно обеспечить более полное использование источников питания. Тумблер устанавливают внутри ящика громкоговорителя рядом с головками.
Puc.7 Групповой излучатель с шестью головками Для вокально-инструментальных ансамблей, при проведении танце-вальных вечеров в большом зале нужны громкоговорители с номинальной мощностью не менее 20 Вт. Очевидно, что располагая четырехваттными головками, такой громкоговоритель можно собрать только при наличии пяти или шести головок. При пяти головках трудно обеспечить одинаковый ток через них в параллельно-последовательном соединении, а последовательное соединение дает чрезмерно большое сопротивление громкоговорителя. Поэтому удобнее установить в громкоговоритель шесть головок, включив их по три последовательно и обе группы параллельно. При сопротивлении каждой головки 4 Ом сопротивление громкоговорителя будет равно 6 Ом, что хорошо согласуется с большинством усилителей НЧ. Фазировка головок в громкоговорителе обязательна. На рис.8 приведен эскиз ящика громкоговорителя с шестью четырех-ваттными головками 4ГД-4, 4ГД-35 или 4ГД-36.
Передняя панель составлена из двух одинаковых частей, изготовленных из древесностружечной плиты. На каждую полупанель устанавливают по три головки и соединяют их между собой последовательно. Такая конструкция передней панели выбрана для улучшения ее жесткости и достижения более равномерного излучения в пространстве. Последнее особенно желательно потому, что с увеличением числа головок в громкогворителе излучение концентрируется в направлении, перпендикулярном плоскости передней панели, а боковое излучение значительно ослабляется.
Puc.8 Следует отметить, что громкоговорители вида групповой излучатель несмотря на простоту конструкции обладают высокой номинальной мощностью и широким интервалом воспроизводимых частот, а недостаток, присущий всем громкоговорителям без задней стенки, - влияние стены помещения, у которой установлен громкоговоритель - практически не проявляется, если звукоусилительная установка работает на клубной сцене или открытом воздухе. Нередко приходится слышать вопрос: целесообразно ли строить громкоговоритель на базе менее мощных головок, например, одноваттных или двухваттных? Такие вопросы возникают у радиолюбителей и при отсутствии требуемых головок. Нужно сказать, что громкоговоритель с одной головкой мощностью 1 или 2 Вт малоэффективен. Удовлетворительные результаты можно получить от группового излучателя из четырех или шести маломощных головок с круглым или овальным диффузором. Подойдут головки 2ГД-3, 1ГД-40 я 1ГД-36 или еще лучше-современные головки 2ГД-40 с катушкой сопротивлением 4 Ом. В.А.Васильев. Радиолюбители - сельскому клубу. М.Радио и связь. 1983 г.
Микрофон с узкой. диаграммой направленности
Микрофон с узкой диаграммой направленности может найти применение при записи и усилений речи в условиях больших помех, a также дня записи звуке удаленных источников, например пения птиц. Направленность микрофона существенно повышает отношение сигнал/шум на входе усилителя НЧ.
Схематически устройство такого микрофона показано на рис.1. Основная его деталь - электромагнитный капсюль (3), размещенный в цилиндрическом футляре (1). Капсюль с обеих сторон залит эпоксидной смолой. Сторона капсюли, обращенная к открытому отверстию футляра, имеет "чувствительное окно" небольших размеров, обеспечивающее звуковым колебаниям доступ к мембране. С помощью трех растяжек капсюль подвешен на проволочном кольце (4), которое расположено в тыльной стороне футляра. Для уменьшения отражения от стенок внутренность футляра покрыта слоем фетра или войлока (2) толщиной около 12 мм.
Рис.1. Схематически устройство микрофона .
Микрофон включают на вход предварительного усилителя, одна из возможных схем которого приведена на рис. 2. Снижение собственных шумов первого каскада достигается выбором малошумящего транзистора T1 и использованием его при малом токе коллектора. Второй каскад, собранный на транзисторе Т2 по схеме с общим коллектором, позволяет согласовать выход устройства с усилителем мощности. "Practical wireless", 1969, N 7.
Рис.2. Схема предварительного усилителя.
Примечание редакции. В качестве микрофонного капсюля можно использовать капсюль ДЭМШ. Для первого каскада можно взять транзистор МП111А, для второго - МП38А.
МИКШЕРНЫЕ И РАЗВЕТВЛЯЮЩИЕ КАСКАДЫ
Микшерными принято называть каскады, предназначенные для сведения двух или нескольких электрических сигналов в один общий сигнал. Иногда каскады этого назначения называются суммирующими, так как в них по существу происходит независимое сложение напряжений нескольких сигналов. Разветвляющими называются каскады, предназначенные для повторения на нескольких независимых друг от друга выходах напряжений одного и того же сигнала. В радиолюбительской практике такие каскады называются также размножителями сигнала.
Названные выше каскады находят широкое применение при записи и воспроизведении звука.
Нерегулируемый микшерный каскад на два входа.
На рис.1 приведена принципиальная схема простого суммирующего каскада на два входа, собранного на двух биполярных транзисторах с общей коллекторной нагрузкой. Входные сигналы подаются к гнездам Гн.1 и Гн2, далее на базы транзисторов 77 и Т2, Суммирование сигналов происходит в их общей коллекторной нагрузке на резисторе R5. Коэффициент передачи каждого каскада по напряжению около 0,7. Для устранения влияния входного сопротивления последующего УНЧ, с которым будет работать данный каскад, введен дополнительный эмиттерный повторитель на транзисторе ТЗ. Выходной суммарный сигнал снимается с эмиттера транзистора ТЗ и через конденсатор С5 подается к выходному гнезду ГнЗ. Питание осуществляется от отдельной батареи, но можно использовать стабилизированный источник питания УНЧ, с которым каскад будет работать.
Puc.1
При повторении конструкции можно использовать транзисторы типа КТЗГ5Г. Налаживание сводится к подбору, в случае необходимости, сопротивлений резисторов R.1 и R9 в базовых цепях транзисторов Т1 и Т2 для установки коллекторного тока каждого из них равным 0,25 мА.
Как показала практика, входное сопротивление каждого входа 1-2 МОм, выходное-около 100 Ом. Коэффициент нелинейных искажений 0,1% при входном напряжении 1 В и 0,5% при входном напряжении 2 В.
Микшерный каскад с двумя регулируемыми входами и выходом.
На рис.2 приведена принципиальная схема простого суммирующего каскада на два входа, в котором применены два транзистора и переменные резисторы во входных и выходной цепях.
Наличие переменных резисторов RI и R9 позволяет регулировать напряжения исходных сигналов на входах каскада для создания определенных эффектов и предотвращения перегрузки на входах. Переменный резистор R5, включенный между коллекторами транзисторов Т1 и Т2, дает возможность суммировать сигналы в самых различных соотношениях. Например, в правом крайнем положении его движка сигнал правого по схеме входа усиливается больше, чем левого, и наоборот. В среднем положении движка оба сигнала усиливаются примерно одинаково (в 10-15 раз). Входное сопротивление каждого каскада около 40 кОм, выходное-около 4 кОм. Напряжение питания 9 В, потребляемый ток - до 2 мА.
Puc.2 При повторении можно использовать транзисторы типа КТ315В, КТ315Г. Регулировка сводится к подбору сопротивлений резисторов R2 и R8, при которых коллекторные токи транзисторов Т1 и Т2 будут равны примерно по 1 мА. Особенностью данного каскада является его чувствительность к перегрузкам во входных цепях при полностью введенных движках переменных резисторов R1 и R9. В этом случае коэффициент нелинейных искажений на выходе каскада достигает 0,5% при входном напряжении 100 мВ. Поэтому рекомендуется использовать каскад с неполностью введенными движками переменных резисторов R1 и R9. Микшерный каскад на полевых транзисторах. На рис.3 приведена принципиальная схема микшерного каскада, предназначенного для использования в высококачественных УНЧ. Его основное достоинство - большое входное сопротивление обоих входов (по 1 МОм), высокая линейность амплитудной характеристики. Эти преимущества обусловлены использованием в каскаде полевых транзисторов Т1 я Т2. Входы и выход каскада не регулируются. Входные гнезда Гн1 и Гн2, выходное - ГнЗ. Коэффициент передачи каждого канала равен примерно 3. Максимальное входное напряжение сигнала на каждом входе 0.5 В.
Puc.3 При повторении конструкции можно использовать полевые транзисторы типа КП303Е или КП303В. Для дальнейшего улучшения качества работы каскада рекомендуется увеличить напряжение питания до 15-20 В.
В случае необходимости коэффициент усиления по одному из входов может быть увеличен до 10 за счет уменьшения сопротивления в цепи истока транзистора соответствующего каскада (R2 и R4) до 100-300 Ом.
Первоначально каскад был описан в американском радиолюбительском журнале. Каскад для сведения двух стереофонических сигналов. Все описанные выше каскады предназначены для получения общего сигнала из двух напряжении, поступающих от разных источников, например, одновременно с выхода электрофона и микрофона или двух микрофонов, магнитофона и телефона и т. д. Суммарный сигнал далее может быть усилен и воспроизведен любым монофоническим УНЧ с громкоговорителем. Практика показывает, что иногда такой каскад необходим для ... сведения двух стереофонических сигналов в один монофонический. В предыдущих главах речь шла о том, как лучше всего разделить оба стереофонических канала между собой, а здесь рассматривается специальный каскад, объединяющий оба канала. Зачем? Чаще всего это необходимо для воспроизведения стереофонической программы через монофоническую электроакустическую установку, когда имеется стереофонический проигрыватель, а усилитель и громкоговоритель - монофонические. И если вход УНЧ монофонической установки подключить к выходу только одного из двух каналов проигрывателя, то звук будет неполноценным. Для высококачественного воспроизведения стереофонических программ через монофонические установки необходимо объединить сигналы обоих каналов на входе УНЧ.
Puc.4 Эту задачу может решить любой из описанных выше каскадов, но все же лучше это сделать с помощью специального каскада, имеющего очень малые нелинейные искажения, работающего при повышенном напряжении питания. На рис.4 приведена принципиальная схема каскада для сведения двух стереофонических каналов в один монофонический. Как видно из рис.4, каскад имеет много общего с каскадом на рис.1. Отличие состоит во входных цепях транзисторов Т1 и Т2, а также в наличии стабилитрона Д1 на 18 В. Эти изменения способствуют уменьшению влияния помех за счет пульсации напряжения питания и уменьшают возможность перегрузки на входах.
Стабилитрон Д1 заменяется двумя последовательно соединенными стабилитронами типа Д814Б. Разветвляющий каскад с тремя выходами. На рис.5 приведена принципиальная схема разветвляющего каскада на три выхода, предназначенного для независимого подключения до трех потребителей к одному источнику сигнала. В этом случае выход источника сигнала подключается к гнезду Гн1, а входы потребителей-к гнездам Гн2-Гн.4. На практике радиолюбители редка пользуются такими разветвляющими каскадами, подключая к выходу источника сигнала сразу несколько потребителей, например при записи с одного электропроигрывателя на входы трех магнитофонов одновременно. Здесь низкое входное сопротивление нагрузки ухудшает работу предусилителя электропроигрывателя, а кроме того, магнитофоны влияют друг на друга. При использовании каскада по схеме рис.5 такого взаимного влияния не наблюдается. Он выполнен на четырех полевых транзисторах. Каскад на транзисторе Т1 включен по схеме усилителя с общим истоком. Транзисторы Т2-Т4 используются в развязывающих истоковых повторителях. Коэффициент усиления, даваемый каскадом по каждому каналу, равен 10-15.
Puc.5 При повторении конструкции можно использовать транзисторы типа КП102Е-КП102Л или КП103Е-КП103К. В случае необходимости, отключив конденсатор С2, коэффициент усиления можно уменьшить в несколько раз. Питание от батареи или стабилизированного источника напряжением 10-20 В. Потребляемый ток 10-12 мА. Литература В.А.Васильев. Зарубежные радиолюбительские конструкции. Москва, "Радио и Связь", 1982.
МНОГОПОЛОСНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Высокие требования, предъявляемые к современным громкоговорителям, можно удовлетворить лишь с помощью многополосных акустических систем с двумя, тремя или более динамическими головками, каждая из которых воспроизводит только соответствующую часть спектра подводимого к громкоговорителю широкополосного сигнала. В зависимости от числа полос воспроизведения акустические системы могут быть двух-, трехполосными и т. д. Наибольшее распространение в любительской .практике получили двух- и трехполосные акустические системы. Акустические системы с большим числом полос используются профессионалами.
Неотъемлемой частью любой многополосной акустической системы являются разделительные фильтры, обеспечивающие подведение к каждой динамической головке только тех частот сигнала, для воспроизведения которых она предназначена. Общее число фильтров равно числу головок. В зависимости от полосы частот, для воспроизведения которых предназначена головка, различают низко-, средне- и высокочастотные динамические головки. Рекомендуемые значения граничных частот разделительных фильтров 500 Гц, 1, 2, 3, 4, 8 кГц. В большинстве двухполосных систем граничные разделительные частоты выбирают равными 500 Гц или 2 кГц, в трехполосных-ЭОО Гц и 4 кГц.
Выбор значений граничных частот разделения полос зависит от частотных свойств динамических головок и значений их номинальной мощности. На рис. 1 приведены кривые мощностей низко-, средне- и высокочастотных головок в зависимости от граничной частоты разделения полос по отношению к мощности широкополосной головки, способной воспроизвести мощность, равную выходной мощности УНЧ, для совместной работы с которым предназначена многополосная акустическая система. Штриховой линией обозначена мощность высокочастотной головки трехполосной системы.
Puc.1
Как видно из рис. 1, при высокой частоте границы разделения полос (2- 4 кГц) мощность головки низкой частоты должна быть равна мощности широкополосной головки, тогда как мощность высокочастотной головки двухполосной системы и среднечастотной трехполосной системы может составлять всего от 25 до 15%.
При низкой частоте раздела мощности головок низкой и средней частоты (или высокой) должны составлять соответственно 82 и 60% от мощности широкополосной головки. Теоретически, применительно к стандартным звуковым программам, мощность головок средней и высокой частоты можно было бы уменьшить в 1,5-2 раза по сравнению с данными рис. 1. Но делать этого не следует, так как необходимо иметь запас номинальной мощности головок на случай работы УНЧ с перегрузкой или его самовозбуждения. Если этого не сделать, то возможен выход высоко- и среднечастотных головок из строя. Двухполосные разделительные фильтры.
На рис. 2 приведены принципиальные схемы наиболее простых разделительных однозвенных (а) и двузвен-ных (б) фильтров, а также дана их амплитудно-частотная характеристика при пооктавном изменении частоты сигнала (в). Однозвенные фильтры содержат по одному конденсатору и катушке индуктивности, обеспечивая крутизну ослабления за частотой разделения 6 дБ/окт, т. е. при каждом увеличении частоты сигнала вдвое относительно частоты разделения происходит ослабление сигнала на 6 дБ (в 4 раза по мощности).
Puc.2 Двузвенные фильтры содержат два конденсатора и две катушки индуктивности различных номиналов, как доказано на рис. 2,б. Они сложнее одно-эвенных, зато обеспечивают вдвое большую крутизну характеристики ослабления за частотой разделения -12 дБ/окт. Различие характеристик этих фильтров видно на рис. 2,в. В зависимости от номинальных значений сопротивлений динамических головок Я, частоты разделения полос F емкости конденсаторов С и индуктивностей катушек L могут быть определены по известным формулам:
где С-емкость конденсатора, Ф; L-индуктивность катушки, Гн; F-частота разделения полос, Гц; R-сопротивление звуковой катушки головки, Ом. При расчете параметров элементов однозвенных разделительных фильтров по схеме рис. 2,а удобно пользоваться данными номограммы, приведенной на рис.3,а, где представлены зависимости индуктивностей катушек и емкостей конденсаторов от частоты разделения полос и сопротивления звуковых катушек динамических головок (4, в и 16 Ом).
Если известны размеры каркаса катушки и объем намотки, количество витков можно вычислить по формуле, в которой учтены размеры, указанные на рис. 3,б:
где n-число витков обмотки; Z,-индуктивность катушки, Гн; d-средний диаметр катушки, см; b-ширина обмотки, см; с-средняя толщина обмотки, см. Данными рис. 3,а, б можно пользоваться и при расчете разделительных фильтров с двумя звеньями (см. рис. 2,б). В этом случае емкость конденсаторов уменьшается, а индуктивность увеличивается в 2 раза, что привадит к увеличению числа витков обмотки в 1,4 раза. При изготовлении элементов разделительных фильтров следует иметь в виду следующее. Конденсаторы должны быть неполярными, т. е. неэлектролитическими. Это могут быть бумажные, металло-бумажные или керамические конденсаторы. Если нет конденсатора требуемой емкости, то его можно составить из нескольких конденсаторов меньшей емкости, подобрав их количество таким образом, чтобы суммарная емкость была равна требуемому значению. Рекомендуется применять конденсаторы, имеющие разброс емкости не более ±10% от номинального значения.
Puc.3 Намотку катушек индуктивности следует вести по возможности более толстым проводом марки ПЭВ-2, чтобы активные потери мощности сигнала в разделительных фильтрах были минимальными. В среднем намотка ведется проводом диаметром от 0,5 до 1 мм, причем чем больше подводимая мощность, тем толще должен быть провод. Это является большим недостатком многополосных акустических систем - в громоздких разделительных фильтрах теряется от 10 до 25% мощности, подводимой к громкоговорителю. В этом отношении у электроакустических систем с многополосным УНЧ явные преимущества. Двухполосный фильтр для ... одиночной головки. Пусть читатель не думает, что допущена опечатка. Все правильно. Речь идет о регулируемом фильтре, предназначенном для подчеркивания нижних и верхних частот в громкоговорителе, содержащем лишь одну динамическую головку.
Puc.4 Его принципиальная схема приведена на рис. 4,а, амплитудно-частотная характеристика - на рис. 4,b.
С помощью переменного резистора R1 можно регулировать ослабление сигнала на средней частоте около 1 кГц до уровня -16 дБ относительно частот 0,1 и 10 кГц. Принцип действия фильтра основан на использования последовательного резонансного контура, состоящего из катушки индуктивности L1 на 1 мГн и двух последовательно соединенных электролитических конденсаторов С1 и С2 по 50 мкФ каждый. Встречное включение конденсаторов позволяет .использовать два электролитических конденсатора как один неполярный. Переменный резистор шунтирует резонансный контур, тем самым влияя на ам-плитудно-частотную характеристику фильтра в целом. Регулируемый фильтр, включенный между громкоговорителем с одной широкополосной головкой Гр1 сопротивлением 8 Ом и УНЧ, способствует значительному улучшению качества звучания громкоговорителя при работе с малым уровнем подводимой мощности. Фильтр как бы учитывает физиологическую особенность уха человека снижать свою чувствительность на нижних и верхних частотах по сравнению со средними по мере уменьшения громкости звучания. Очевидно, что фильтр по схеме рис. 4,а наиболее подходящий для несложных электроакустических устройств, не имеющих эффективных регулировок громкости и тембра. Трехполосные разделительные фильтры. Принципиальная схема наиболее простого трехполосного двузвенного разделительного фильтра и его амплитудно-частотная характеристика приведены на рис. 5,а и б. Частоты разделения составляют соответственно 750 Гц (между нижними и средними) и 7 кГц (между средними и верхними). Крутизна спадов амплитудно-частотных характеристик за пределами полос пропускания -12дБ/окт. В зависимости от выбора емкостей конденсаторов и индуктивностей катушек фильтр может работать с низко-, средне- и высокочастотными головками, имеющими сопротивление звуковых катушек 4, 8 и 16 Ом. При этом в одной установке можно применять головки только с одинаковым сопротивлением.
Puc.5 При изготовлении трехполосного разделительного фильтра по схеме рис. 5,а данные о катушках индуктивности и конденсаторах берут из табл. 1.
Подбирая конденсаторы и изготавливая катушки, следует ориентироваться на рекомендации, данные при описании двухполосных разделительных фильтров, а также пользоваться номограммой и чертежом, приведенными на рис. 3,а,б. Как показывает радиолюбительская практика, применение двух- и трехполосных акустических систем, снабженных простейшими разделительными фильтрами, значительно улучшает качество звучания по сравнению с громкоговорителями использующими лишь одну широкополосную головку. В то же время наиболее полное использование возможностей многополосных систем требует специального акустического оформления головок и коррекции их характеристик.
| Элементы фильтра | Номинальные значения элементов фильтра | ||
| R, Ом | 4 | 8 | 16 |
| С1, мкФ | 40,0 | 20,0 | 10,0 |
| С2, мкФ | 4,0 | 2,0 | 1.0 |
| L1, мГн | 1,25 | 2,5 | 5,0 |
| L2, Гн | 0,125 | 0,25 | 0,5 |
МОНОБЛОЧНЫЙ СТЕРЕОФОНИЧЕСКИЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ
Мы уже давно привыкли к тому, что стереофонические установки имеют как минимум два разнесенных громкоговорителя. Как уже отмечалось, для дальнейшего улучшения звучания рекомендуется использовать четыре и более громкоговорителей. Но, как показывает практика, наличие нескольких разнесенных громкоговорителей загромождает жилое помещение, опутывает его проводами, создает некоторые неудобства. Поэтому у радиолюбителей и радиоконструкторов давно возникло желание создать моноблочные стереофонические громкоговорители, т. е. такие конструкции, а которых головки обоих каналов стереофонической системы размещались бы в одном корпусе.
Следует отметить, что моноблочные стереофонические громкоговорители существуют давно в виде так называемых консольных радиол и радиокомбайнов высокого класса. Такие установки по своим размерам превосходят порой старинные комоды. Попытки уменьшить размеры моноблочных стереофонических громкоговорителей сталкиваются с трудностями сохранения размера стерео-базы. Дело в том, что стереоэффект проявляется .в том случае, когда расстояние между громкоговорителями левого и правого каналов составляет 1,5-2,5м, а сам слушатель находится на равном расстоянии перед громкоговорителями (около 1-3 м). При размещении головок обоих громкоговорителей в одной плоскости база стереосистемы равна примерно расстоянию между центрами диффузоров головок различных каналов. Поэтому уменьшая размеры корпуса, мы тем самым уменьшаем базу стереосистемы и снижаем проявление стереоэффекта.
За рубежом известно несколько систем стереофонических громкоговорителей с уменьшенной базой. Но прежде чем перейти к рассмотрению собственно конструкции, остановимся кратко на принципе ее действия, иллюстрируемом рис.1,а-в.
Puc.1
На рис.1,а схематично изображено размещение головок в обычном моноблочном громкоговорителе консольной радиолы. База системы, определяемая расстоянием между фазовыми центрами излучений головок левого и правого каналов, обозначенных двумя звездочками, несколько меньше длины громкоговорителя.
При таком расположении головок основное направление излучения на частотах сигнала совпадает с направлением на слушателя. Для получения базы не менее 1,5 м длина корпуса должна быть около 2 м. Если же сократить этот размер до 1 м, то стереоэффект будет проявляться только в непосредственной близости от громкоговорителя, на расстоянии около 1 м. Это уже неудобно. База может быть расширена, если головки поместить на боковых стенках корпуса громкоговорителя, как показано на рис.1,б. Но при этом основное направление излучения на средник и особенно на высших частотах будет ориентировано перпендикулярно направлению на слушателя. Очевидно, что звук, обедненный средними и высшими частотами, не может доставить слушателю большого удовольствия. Для увеличения базы моноблочного стереофонического громкоговорителя, с одной стораны, и сохранения достаточно мощного излучения на средних и высших частотах в сторону слушателя, с другой, необходимо разместить головки левого и правого каналов в торцевых стенках и частично развернуть их в горизонтальной плоскости на определенный угол в сторону слушателя. В большинстве случаев именно так и поступают многие конструкторы. Различаются такие громкоговорители лишь углами поворота головок и геометрическими размерами корпуса. Но на рис.1,в приведен продольный разрез моноблочного стереофонического громкоговорителя, в котором кроме поворота головок введено усовершенствование, значительно расширяющее базу при одновременном сохранении направленности излучения в сторону слушателя в широкой полосе частот. Суть новшества заключается в том, что перед диффузорами головок помещают акустические волноводы - металлические пластины, изменяющие направление распространения звука, воспроизводимого головками, в сторану от слушателя. Таким образом, здесь оказывается влияние двух факторов. Во-первых, поворот головки в сторону слушателя улучшает диаграмму направленности излучения в сторону слушателя. Во-вторых, отклонение звука в сторону от слушателя увеличивает базу системы.
При вполне определенном соотношении углов поворота головок и направленности акустических волноводов удается достичь расширения базы и сохранения требуемой направленности звучания. В данном громкоговорителе при длине корпуса громкоговорителя 750 мм можно получить баэу около 1,5 м. На рис.2 приведены эскизы общего вида лицевой панели и внутреннего вида любительского громкоговорителя, в котором реализован описанный выше принцип построения моноблочного стереофонического громкоговорителя. Установка двух головок различных каналов в одном корпусе создает условия для улучшения акустической отдачи на нижних частотах как за счет возникновения эффекта группового излучателя, так и за счет принятия дополнительных мер- использования фазоинвертора с трубой, показанной на рис.2. Труба из картона диаметрам и длиной 86 мм улучшает равномерность амплитудно-частотной характеристики установки в области нижних частот, расширяет полосу пропускания.
Puc.2 Эффективность проявлений стереоэффекта любительского моноблочного громкоговорителя по эскизам рис.2 во многом зависит от точности установки головок в корпусе и равномерности размещения пластин волноводов относительно друг друга. Корпус громкоговорителя выполняется из фанеры или древесно-стружечной плиты толщиной 20 мм. Внешние размеры корпуса 306Х Х320Х1030 мм, т. е. корпус громкоговорителя по своей форме и размерам напоминает настенную книжную полку. Для обеспечения правильного повторения конструкции ее автор рекомендует следующую последовательность изготовления. На листе миллиметровой бумаги строится в натуральную величину контур продольного сечения будущего корпуса громкоговорителя по размерам рис.2. Далее, на расстоянии 110 мм от обреза задней стенки проводится линия, идущая под утлом 11° к контуру боковой стенки. Из точки пересечения этой линии с контуром внешнего обвода лицевой панели под углом 60° к первой проведенной линии проводится вторая линия длиной 200 мм. Затем из конца второй линии под углом 60е к ней проводится третья. При условии точных построений третья линия должна проходить через точку, из которой были начаты геометрические построения.
В плане проведенные линии, пересекаясь, должны образовывать равносторонний треугольник со сторонами 200 мм. Затем строится контур внутреннего обвода корпуса, размечаются отверстия под головку. Аналогичные построения проводят на втором торце корпуса громкоговорителя. Пластины акустических волноводов делают из ровного листового дуралю-мина толщиной 1,5 мм, высотой 266 мм. При установке в пазы верхней и нижней крышек важно обеспечить их взаимное параллельное положение и равенство расстояний между ними. Пластаны должны быть параллельны глухой стенке, поставленной под углом к передней панели. Головки устанавливают на стенках с круговым вырезом диаметром, равным диаметру диффузора по границе его склейки с диффузородержателем, за гофрам. Внутренняя поверхность корпуса покрывается слоем минеральной ваты толщиной 50-70 мм. Автор конструкции применил также дополнительную стенку из ваты между каждой головкой и общим объемом воздуха в корпусе громкоговорителя. Такие меры позволяют уменьшить влияние отражений звука внутри корпуса и исключить прямое воздействие головок друг на друга. При повторении конструкции рекомендуется применять отечественные широкополосные головки повышенной и нормальной чувствительности, например, типа 4ГД-36, имеющие сопротивление звуковых катушек 4 и 8 Ом. При этом необходимо уточнить посадочные размеры и диаметр отверстия под раскрыв диффузора. Для декоративного оформления корпуса используют тонкую радиоткань, которой обтягивают обе торцевые стенки и лицевую панель (одним куском). Верхняя и нижняя крышки фанеруют или покрывают имитирующей пленкой. По мнению автора конструкции, качество работы громкоговорителя высокое. При длине корпуса около 1 м база составляет более 1,7 м, т. е. данный. моноблочный громкоговоритель то своим свойствам эквивалентен двум громкоговорителям, разнесенным друг от друга на расстояние около 2 м. К этому необходимо добавить, что громкоговоритель можно повесить на стену, поставить на него, как на книжную полку, различные книги и журналы.Качество работы громкоговорителя от этого не ухудшится. Литература: В.А.Васильев. Зарубежные радиолюбительские конструкции. Москва, "Радио и Связь", 1982.
Микросхему стереофонического усилителя звуковых частот TDA2005 можно использовать в мостовой схеме как моноусилитель с удвоенной выходной мощностью. Обе половины усилителя постоянного тока имеют одинаковую схему. В этой схеме выходной сигнал "нижней" части через делитель (R4, R5) и R3 "приводит в движение" верхнюю часть.
Так как R3=R5 и R2=2R4, усиление схемы Ku=4R4/R5. Поскольку минимальный импеданс нагрузки каждой половины усилителя составляет 2 Ом, в диагональ моста (между выходными точками) можно включить, самое малое, динамик на 4 Ом. Поэтому при напряжении питания (U1) например 16В максимальная выходная мощность будет 18-20 Вт. Как видно, теперь нет необходимости в выходных конденсаторах большой емкости: в обеих выходных .точках присутствуют хорошо согласованные, идентичные напряжения, и, следовательно, разность потенциалов между клеммами громкоговорителя в состоянии покоя минимальна. Hobby Elektronika, N7,1996. Перевод А. Вольского.
Однотактный ламповый усилитель для новичков
Вы любите музыку? Вы хотите построить звуковоспроизводящий комплекс с чарующим звучанием за несколько дней и дешево? Тогда эта статья для Вас, уважаемый читатель. Из чего обычно состоит комплекс? Из источника музыкальных программ (проигрывателя грампластинок или компакт-дисков: магнитофона; УКВ-радиоприемника), стереоусилителя и акустических систем (АС). Конечно, СD-проигрыватель не создать за пару дней, да и не так уж сильно это нужно. А вот усилитель и АС - можно! Я сам построил их за неделю, работая по 2...3 часа в день, так что рассказываю на основе собственного опыта. Гарантированно высокое качество звука обеспечивают ламповые усилители на электровакуумных триодах, работающие в классе "А" и не имеющие общей отрицательной обратной связи (ОООС). Особенно хорошо звучат однотактные усилители. Правда, при отсутствии ОООС трудно получить большую мощность при малом коэффициенте гармоник, но, построив комплекс, вы убедитесь, что его громкости предостаточно, чтобы насладиться любимой музыкой! Я пользуюсь таким критерием громкости: если при звучащем комплексе разговор нужно вести с небольшим напряжением голоса, то громкость достаточна; если же ваш разговор уже не слышен, то она - чрезмерна. Комплекс может служить хорошей "опорной точкой" для сравнения качества звука других усилителей и АС. Итак, схема усилителя приведена на рис.1.Усилители с такой структурой неоднократно описывались (например, в журнале Sound Practices, 1994:в "Вестнике А.Р.А." N2, 1997 г.), Они строились на разных лампах, но имеют общее название -"Loftin White", что я перевел бы как "заоблачная чистота звука". Мой выбор за основу схемы из объясняется тем, что лампы 6Н23П и 6П14П стояли а каждом телевизоре, и их, как и все другие детали усилителя, можно без особого труда раздобыть. Автор публикации пишет, что его схема была "оптимизирована методом проб и ошибок". В его усилителе используется ОООС, и выходной каскад можно переключать с пентодного режима в триодный.
В этом обычно и заключается смысл применения кенотронов "ярыми аудиофилами". Нужно заметить, что многие трансформаторы на разрезанных и затем склеенных сердечниках (ПЛ, ШЛ) сильно гудят или "зудят", но тут уж ничего не поделаешь, придется выбрать (при возможности) самый "тихий" и закрепить его на шасси через резиновые прокладки. Старые, долго не работавшие электролитические конденсаторы необходимо подвергнуть формовке, т.е. подать на них через резистор 10 кОм постоянное напряжение ступенями (0,2 - 0,5 -1)Uном и подержать по несколько часов. В результате их ток утечки снизится на один-два порядка. Два слова стоит сказать о резисторе R8 в блоке питания. Он позволяет уменьшить импульсы тока, заряжающие конденсаторы выпрямителя, и тем самым снижает электромагнитные помехи от трансформатора (так же, с ограничением импульсов тока, работает кенотрон). Регулируя R8, можно получить желаемое напряжение на аноде выходной лампы.
Однотактный усилитель на лампе 6П45С
| Однотактный усилитель на лампе 6П45С |
|
Ниже привожу оригинал описания от Сергеева Сергея: "Представляю свою версию однотактного усилителя на лампе 6п45с. За основу взята схема А.МАНАКОВАМне показалось, что 6п14п звучит лучше, к тому же она более доступна. Лампа 6п45с при фиксированном смещении ведет себя не стабильно (плывет ток). При автосмещении большая рассеиваемая мощность на катодном резисторе. Я выбрал компромиссный вариант - полуавтоматическое смещение. Катодный резистор 150 ом зашунтирован конденсатором 2200мкф* 35вольт. На сетку подано отрицательное смещение от отдельного маломощного трансформатора (можно домотать доп. обмотку на ТС-180). Я использовал 12в транс от маломощного блока питания (50-200 мА) включив вторичку на накальную обмотку 6,3в. В качестве силового использован ТС-180. Лучший вариант использование двух ТС-180 (два моноблока) или одного ТС-270. В качестве выходного можно применить ТС-180 без переделки, но лучше перемотать, так как без перемотки будет спад по верхам и низам. Первичная обмотка (750 витков на каждой катушке, диаметр провода 0,3-0,35мм) находится между частями вторичной (120+120витков на каждой катушке, диаметр 0,6-0,7мм). Две первичные обмотки соединяются последовательно, четыре вторичные - параллельно (на нагрузку 8 ом). Лучше конечно приобрести фирменный транс, но это стоит денег и не малых. Решать вам. Многие считают, что из железа ТС-180 не сделать хороший транс. Может это не идеал, но на халяву…Тем не менее, вот что получилось- Fн-23гц. Fв-26000гц на уровне -1db.Измерялось на мощности 4 ватта. Мощность до ограничения-8вт. Максимальная-12вт. Вариант схемы 6п14п-6п45с:  Cхема блока питания:  НАСТРОЙКА.  Вот такая вот статья. Ниже привожу фотки того, что собиралось и того, что получилось. Первый опыт, так сказать :)) Готов им поделиться на форуме. Всем удачи! Bond.       |
 |
ПАРАМЕТРЫ ТИЭЛЕ-СМОЛЛАОпубликовано в журнале "Мастер 12вольт" № 25 (май 2000)  © О.Леонов 2000 ПАРАМЕТРЫ ТИЭЛЕ-СМОЛЛА - ПОЖАЛУЙСТА То, что car audio сродни заболеванию, ни для кого не секрет. Поставил человек "музыку" - и понеслось. Первым делом хочется, конечно, добавить сабвуфер, да не простой, а грамотно рассчитанный. В этих расчетах уже все поднаторели: и установщики, и любители, и программ тоже вроде хватает, JBL SpeakerShop например (см. "Мастер 12 Вольт" N 15/99, стр. 52). Одно только "но" - без параметров Тиэле - Смолла далеко не уедешь. К сожалению, недорогие и тем особенно интересные динамики часто попадают в руки вообще без каких-либо цифр. Бывает и так, что характеристики вроде есть, но разные, в зависимости от года выпуска. Это встречается даже у известных производителей. В общем, умение измерять эти величины лишним не будет.  рис.1 Некоторые комментарии по поводу применяемых элементов. X1 - разъем, подключаемый к выходу усилителя мощности (Spkr Out) звуковой карты, обычно "мини-джек". Сигнал правого и левого канала с усилителя одинаков, поэтому можно использовать любой контакт разъема. При использовании внешнего усилителя подключать одновременно этот разъем к выходу звуковой платы НЕЛЬЗЯ! X2, X3 понадобятся, если вы будете использовать внешний усилитель мощности. Это более предпочтительный вариант, правда, чуть более громоздкий. Подойдут "колоночные" клеммы, желательно винтовые. Кроме того, в случае использования внешнего усилителя потребуется дополнительный кабель "мини-джек - два тюльпана". X4, X5 - клеммы, аналогичные X2, X3. К ним будет присоединяться объект исследования. Очень полезно продублировать эти клеммы парой "крокодилов". X6 - "мини-джек", который будет подключен ко входу Line-In звуковой платы. Распайку правого и левого канала я не привожу - пока соедините как получится, уточним позднее. Провод к разъему нужно брать экранированный. R1, R2 - резисторы, используемые в качестве эталонных при калибровке программы. Номиналы особой роли не играют и могут быть от 7,5 до 12 Ом, например типа МЛТ-2. R3 - это резистор, с величиной которого программа "сравнивает" неизвестный импеданс. Поэтому номинал этого резистора должен быть соизмерим с исследуемым. Если в основном предполагается измерять автомобильные динамики, величину R3 можно взять около 4 Ом. Мощность можно выбрать такую же, как для R1. R4, R5, R6, R7 - любой мощности. Сопротивления могут несколько отличаться от указанных, важно лишь, чтобы R4/R6 = R5/R7 = 10...15. Это делитель, который ослабляет сигнал на входе звуковой карты. SA1 служит для выбора между двумя эталонными сопротивлениями. Он используется только при калибровке. Можно использовать тумблер, я поставил П2К, соединив параллельно несколько секций. SA2, пожалуй, самый ответственный. Важно, чтобы он обеспечивал надежный и стабильный контакт, от этого во многом зависит точность результатов. Итак, "коробочка" собрана. Теперь потребуется омметр, причем максимально возможной точности, желательно измерительный мост. Необходимо установить переключатели во все положения согласно таблице и измерить указанные сопротивления.
Обращаю внимание на то, что при работе потребуются именно реально измеренные значения сопротивлений. Их, а также назначение всех переключателей и входов-выходов лучше всего написать прямо на корпусе - на память надеяться не советую. Принцип работы системы очень прост. Шумовой сигнал, формируемый программой, подается через усилитель на исследуемый объект через резистор R3 известного сопротивления. Программа сравнивает напряжение на одном канале (верхний вывод R3) с напряжением на другом (нижний вывод R3 и верхний - измеряемого объекта). Гениальная простота идеи состоит в том, что для расчета неизвестного импеданса используются не абсолютные величины напряжений, а их отношение. Благодаря предварительной калибровке по заведомо известным сопротивлениям (R2 и R2-R1) достигается вполне приемлемая точность измерений. Теперь можно присоединить "коробочку" к звуковой плате. Для первого раза не стоит использовать внешний усилитель: чтобы понять принцип работы, он особо не нужен. А когда принцип станет ясен, его подключение вопросов уже не вызовет. Настройка программы Возможно, кому-то описание настройки покажется излишне подробным, но, как показывает практика, удобно, когда весь процесс описан по порядку, а не по принципу "это вы и так знаете, здесь все очевидно, в общем, умные - сами разберетесь". После первого запуска программы нужно проверить, поддерживает ли ваша звуковая плата "полностью дуплексный режим", т.е. позволяет ли одновременно воспроизводить и записывать звук. Для проверки нужно выбрать пункт меню Options-Wizard-Check sound card. Дальнейшие действия программа проделает самостоятельно. Если результат отрицательный, придется искать другую плату или обновлять драйвер. Если все в порядке, откройте Volume Control (Регулятор уровня). Выбрав Options-Properties, установите Mute на все регуляторы, кроме Volume Control и Wave. Необходимо отключить все "лишние" опции, вроде Enhanced Stereo и темброблока. Регулятор громкости установите в среднее положение. В завершение переместите окно Volume Control, как показано на рисунке 2.
Теперь откройте еще одну копию Volume Control. Выберите Options-Properties, установите режим записи (Recording). Имя окна изменится на Recording Control (Уровень). Аналогично вышеописанному поставьте Mute на все регуляторы, кроме Recording и Line-In. Регулятор уровня поставьте в положение максимума. Потом, возможно, уровень потребуется изменить, но об этом позже. Переместите окно Recording согласно рисунку. Один из самых ответственных этапов настройки - правильно выбрать входные и выходные уровни сигналов. Для этого создайте новый сигнал, выбрав пункт Resource-New-Signal. Дайте ему какое-нибудь имя, например sign1. По умолчанию будет выбран синусоидальный тип сигнала (Sine), что нас вполне устраивает. Имя нового сигнала должно появиться в окне проекта (то, что слева). Для того чтобы что-то сделать с сигналом или динамиком, его нужно обязательно открыть. Думаете, для этого достаточно двойного щелчка? Вот тут таится одна из особенностей интерфейса программы: для открытия ресурса требуется сначала щелкнуть на имени ресурса левой кнопкой мыши, затем либо выбрать пункт Open из меню, появляющегося при нажатии правой кнопки, либо нажать F2 на клавиатуре. Вновь нажмите правую кнопку и войдите в Properties. Там нужно выбрать закладку Sine и ввести значение частоты 500 Гц. Фаза сигнала - 0. OK. Установите переключатели "коробочки" в положение LOOP (согласно таблице). Убедившись в том, что сигнал открыт, войдите в меню Sound-Record - появится диалог Record Data. Введите туда те значения, которые приведены на рис. 3. Нажмите OK; если к клеммам Test подключен динамик, раздастся кратковременный "шип". Посмотрим на дерево проекта. Там появится несколько новых объектов с именами, начинающимися с sign1. Откройте ресурс с именем sing1.in.l. На появившемся справа графике нажмите правую кнопку мыши и выберите Chart properties. Выберите закладку X Axis и установите в разделе Scale максимальное значение, равное 10. Затем выберите Y Axis и установите диапазон значения Minimum и Maximum - 32 K и 32 K соответственно. Нажмите OK. График должен выглядеть как 4, 5 периода синусоидальных колебаний. Проделайте все то же самое с ресурсом sing1.in.r. Теперь нужно выяснить уровень выходного сигнала, при котором наступает ограничение. Для этого понемногу увеличивайте уровень регулятором громкости, повторяя каждый раз процедуру записи (пункт меню Sound-Record Again) и анализируя графики sign1.in.r и sign1.in.l. Как только появится видимое ограничение амплитуды (обычно при уровнях ~20 K), нужно немного уменьшить уровень сигнала. На этом процесс установки уровня можно считать законченным. В оригинальной методике автор предлагает проверить теперь соответствие левого и правого каналов. Я это делал, но впоследствии оказалось, что их пришлось поменять местами. Так что лучше перейти сразу к калибровке программы по известным сопротивлениям - там "правый-левый" заодно и проверим. Для начала убедитесь в том, что к тестовым клеммам (X4, X5) ничего не подключено. Затем откройте меню Option-Preferences и выберите там закладку Measurements. Установите Sample Rate в крайнее правое положение, а Sample Size - равным 8192. Громкость надо сделать равной 100. В дальнейшем при реальных измерениях для большей точности нужно устанавливать больший Sample Size. Правда, при этом возрастает размер файла. Точность можно повысить, уменьшив Sample Rate, - при этом снизится верхняя граничная частота измерений, но для сабвуферов это совершенно неважно. Теперь надо проверить разбаланс каналов. Для этого выберите пункт Option - Calibrate-Channel Difference и нажмите кнопку Test. Дальнейшие действия подскажет программа. Результаты проверки будут находиться в разделе Measurement.Calib папки System (в окне проекта). Какие точно значения должны получаться, я не знаю, на практике разбаланс выходит порядка десятых долей (в безразмерных единицах), а уровень сигнала на выходе каждого из каналов при этом - в районе 20000 этих же единиц. Думаю, такое соотношение можно считать приемлемым. Дальше - самое интересное. Мы будем измерять заведомо известные сопротивления. Войдите в пункт Options-Preferences и выберите закладку Impedance. В поле Reference resistor введите измеренную величину сопротивления между клеммами X2 и X4. В соседнее поле (Series resistor) можно ввести значение, например 0,2, программа потом сама подставит туда то, что сочтет нужным. Теперь нажмите кнопку Test. Установите переключатели "коробочки" в режим CAL1 и введите измеренное на клеммах значение эталонного сопротивления R2. (Вы его уже забыли? А я ведь советовал записать.) Нажимаем кнопку Next и повторяем то же самое, но в режиме CAL2. Кстати, советую при калибровке и измерениях постоянно следить за индикатором, который находится возле регулятора уровня. При появлении там "красных делений" я слегка уменьшаю уровень громкости. После этого нужно повторить калибровку. Поначалу процесс освоения длится долго, но через пару сеансов работы с программой все настройки нужно будет в основном контролировать. Это занимает всего несколько минут. Итак, программа выдала, каковы, на ее взгляд, значения Reference и Series резисторов. Если отличия от введенных нами величин небольшие (например, 4,2 ома вместо 3,9) - все замечательно. Можно пройти для верности процесс еще разок и приступить к реальным измерениям. Если программа выдает явный бред (например, отрицательные значения) - значит, надо поменять местами правый и левый каналы в разъеме X6 и повторить настройку заново. После этого, как правило, все становится нормально, хотя у некоторых коллег наблюдалось устойчивое нежелание программы настраиваться. То ли звуковая карта какая-то не такая, то ли еще что - не знаю. О встретившихся сложностях и найденных путях их преодоления сообщайте, оформим в виде FAQ (чувствую - придется). Вроде настроились. Можно начать пожинать плоды своего труда. Берем какой-нибудь конденсатор или катушку индуктивности, щелкаем тумблер в положение IMP, выбираем созданный ранее сигнал sign1, пункт меню Measure-Passive Component... Есть результат? Должен быть. Не знаю, кто как, а я испытываю какую-то первобытную радость, когда вижу, что программа сама распознала, что за компонент я подключил, и выдала его значение "в простой письменной форме". Точность измерений пассивных компонентов, по скромным оценкам, составляет 10-15%. Для изготовления кроссоверов этого, на мой взгляд, вполне достаточно. Теперь переходим к динамикам. Здесь все так же легко и просто. Создаем новый динамик (Resource-NewDriver), указываем ему имя, открываем (напоминаю, клавиша F2). Теперь изучаем меню Measure. В принципе программа (ее подсказка) советует получить импедансы динамика в свободном состоянии (Fre - Air), затем в закрытом ящике, ввести значение объема ящика в Properties этого динамика, а затем рассчитать параметры Тиэле - Смолла (для этого, открыв динамик, нужно войти в меню Driver Estimate Parameters). Тут, однако, я встретил еще один подводный камень, поскольку значение эквивалентного объема программа считать отказывается (остается значение по умолчанию, 1000 л). Не беда, из двух графиков импеданса берем значения резонансных частот Fs и Fc и считаем Vas вручную по известной формуле: Vas=Vb ((Fc/Fs)2-1). Кто-то уже, наверное, ворчит, дескать, вот еще, самому что-то считать приходится - советую вспомнить, сколько вычислений производится при полностью "ручном" методе определения параметров. Вообще-то я надеюсь, что в последующих версиях программы эта и другие досадные ошибки будут устранены. Заодно и ссылку даю на сайт: http://www.audua.com/. Посетите, там же, кстати, и оригинальное описание "коробочки" находится. Приведу результат еще одного эксперимента, который я придумал, чтобы проверить "собственную АЧХ" всего измерительного комплекса. Для этого я взял постоянный резистор, но обманул программу, указав ей, что это якобы динамик. После этого попросил снять характеристику импеданса этого резистора (см. рис.4). По графику видно, что даже при использовании усилителя звуковой карты погрешности, зависящие от частоты сигнала, небольшие.  Хочу надеяться, что описанный мной простой и недорогой инструмент облегчит труд творчески мыслящего установщика. Конечно, конкуренции "Брюль&Къеру" он не составит, но ведь и вложения требуются совсем небольшие. Повторите - не пожалеете.
Поиск неисправностей в бестрансформаторных усилителях НЧНесмотря на высокую надежность оконечных каскадов современных бестрансформаторных усилителей НЧ (один из вариантов показан па рис. 1). в них иногда возникают неисправности. Они, как правило, вызваны перегрузкой мощных или предоконечных транзисторов, которая приводив к их выходу из строя. Неисправность в этих каскадах выражается в нарушении режима работы каскада но постоянному току, а именно: в точке A (см, рис, 1) появляется напряжение, отличное от нуля (по отношению к общему проводу).
 Puc.1 В каскадах. где между выходом усилителя и нагрузкой включен конденсатор, появляется напряжение, не равное половине напряжения источники питания. Для выявлении неисправного транзистора между общим проводом и точкой А включают вольтметр и поочередно отключают коллекторы транзисторов Т6, Т7, Т4 Т5 (см. рис. 2). Если напряжение в точке А положительно, то целесообразно проводить эту операцию в последовательности указанной выше. Если же оно отрицательно, то порядок отключения транзисторов должен быть следующий: Т7, Т6, Т5, Т4. Отключение коллекторов производят до тех пор, пока напряжение в указанной точке не примет своего номинального значения. После этого омметром определяют какие транзисторы ( с отпаянными коллекторами) вышли из строя.
 Puc.2 В исправности остальных транзисторов можно убедиться, сначала замкнув накоротко базу и эмиттер транзистора Т1, а затем транзистора Т2. В первом случае напряжение на коллекторе транзистора должно быть отрицательным, а во втором --- положительным. После замены неисправных транзисторов необходимо установить ток покоя. При отыскании неисправностей в выходных каскадах бестрансформаторных усилителей НЧ вместо громкоговорителей следует включить их эквивалент. "Funkschau" (ФРГ), 1975, 10
Проигрыватель компакт-дисков на базе CD-ROMРоман Иващенко С недавних пор, привода CD-ROM стали непременным атрибутом современного компьютера. Однако в последнее время, в связи с бурным возрастанием скоростей обмена информацией и удешевлением высокоскоростных моделей, все большее и большее количество "пожилых и неторопливых" отправляется в свое последнее путешествие - на полку, глотать пыль ( а в худшем случае - на запчасти ). Сейчас цена на 2-х - 4-х скоростные модели колеблется в пределах 40-75 гривен (модели с кнопками управления стоят несколько дороже). И хотя качество звучания, обеспечиваемое CD-ROM приводами значительно хуже, чем в стационарных проигрывателях компакт дисков, но все же является более высоким в сравнении с кассетными магнитофонами. Основным препятствием, мешающим использованию CD-ROM приводов в качестве автономных проигрывателей компакт дисков, является отсутствие каких-либо органов управления проигрыванием диска. И хотя существуют модели имеющие клавиши управления, но они, к сожалению, не обеспечивают никаких сервисных функций. Есть два варианта решения этой проблемы: можно найти справочные данные на управляющий процессор привода - возможно он позволяет подключить управляющие клавиши, или же можно управлять приводом так, как это делает компьютер - через интерфейс привода. Сразу должен оговориться: первый вариант - это практически безнадежное дело, тогда как второй, хотя и чреват дополнительными материальными и временными затратами - беспроигрышен. На сегодняшний день существует несколько схем такого рода. Две из них были опубликованы в журнале "Радиолюбитель", еще одна рекламировалась в одной из эхоконференций сети FIDO. К сожалению все эти схемы имеют свои недостатки, а именно: необходимость наличия на лицевой панели привода клавиш управления ("Радиолюбитель №), отсутствие прошивки для микроконтроллера и не IDE интерфейс ("Радиолюбитель №1/98) и, опять же, отсутствие прошивки для третьей схемы, что, естественно, затрудняет их повторение. Учитывая все сказанное выше и было принято решение об разработке недорогого контроллера CD-ROM привода, в той или иной мере свободного от указанных недостатков. Итак кратко о том что это за устройство и для чего оно нужно.
 Адрес клавиатурного порта - 3ЕH (чтение). Клавиатура представляет собой матрицу организацией 4х4 нормально разомкнутых кнопок. Столбцы клавиатуры подключаются ко входам порта клавиатуры, а строки - к выходам дешифратора сканирования (DD4). Количество кнопок может быть легко увеличено до 36, для этого достаточно допаять матрицу клавиатуры по аналогии с уже имеющейся, используя оставшиеся выводы дешифратора DD4, за исключением вывода R9 (ножка 11) которая участвует в формирование сигнала сброса длq привода CDROM. Для согласования восьмиразрядной шины данных микропроцессора с шестнадцатиразрядной шиной данных привода CD-ROM служит узел включающий в себя три микросхемы : DD10 (К1533АП6) и DD11-DD12 (К1533ИР23). Шинный формирователь DD10 обеспечивает развязку шины данных микропроцессора и младшей половины шины данных привода, а регистры DD11-DD12 - фиксацию данных поступающих на старшую половину шины данных привода при чтении или записи. Младшей половине соответствует базовый адрес чтения/записи F0H, а старшей - BFH. (Примечание : так как привод CD-ROM имеет 8 регистров через которые осуществляется обмен данными и управ- ление, то, соответственно, ему, как внешнему устройству, соответствуют 8 адресов на ввод и вывод, в данном случае - F0H-F7H). Таким образом, для записи данных в CD-ROM необходимо сначала записать старший байт по адресу BFH, а затем записать младший байт по требуемому адресу из диапазона F0H-F7H. Для считывания же данных необходимо сначала считать младший байт (адрес - F0H-F7H), а затем считать старший байт из порта с адресом BFH. Теоретически, правильно собранное устройство в наладке не нуждается. Однако на практике возможно потребуется подкорректировать значение частоты генератора импульсов прерываний - она должна составлять 400 Гц Микросхемы серии К1533 заменяются их аналогами из серии К555. Процессор Z80 может быть заменен на советский аналог К1858ВМ1. Мультиплексор К1533КП11 (DD6) может быть заменен на шинный формирователь К1533АП5, К1533АП6 или даже на четыре элемента микросхемы К555ЛП8. Вместо регистра DD8 К1533ИР23 может быть установлен регистр К1533ИР27, при этом вывод 1 микросхемы необходимо подключить к лог.1 или на вывод 26 (цепь сброса) процессора. Вместо регистра DD9 К1533ТМ9 можно использовать либо К1533ИР27 (вывод 1 подключается аналогично предидущему варианту), либо К1533ИР23. Приведенная прошивка ПЗУ контроллера не обеспечивает никаких сервисных функций. Фактически, ее основное назначение показать, что схема контроллера работоспособна. Это ни в коем случае не значит, что не будет появляться новых версий прошивки. Возможно они появятся уже к lnlemrs выхода статьи. Итак, данная прошивка обеспечивает следующие функции: 1.Воспроизведение аудио дисков с индикацией номера текущей дорожки и времени проигрывания (клавиша "2"); 2.Переход на предыдущую дорожку (клавиша "1"); 3.Переход на следующую дорожку (клавиша "4"); 4.Останов проигрывания (клавиша "3"); 5.Пауза/возобновление проигрывания (клавиша "6") 6.Выброс диска (клавиша "7"). Вставленный диск автоматически распознается, и выбрасывается, в случае если он не содержит ни одной аудио дорожки. Приведенная прошивка была успешно оттестирована на следующих моделях CD-ROM приводов: Mitsumi 4x (model FX400E) Mitsumi 8x (model FX810T4) Samsung 24x (model SCR2430, SCR2431) Прошивка ПЗУ Несколько ответов на наиболее часто задаваемые вопросы Печатна плата - архивный файл (pcb-cd.zip - 77 кб.) Рисунок печатной платы (1) Рисунок печатной платы (2) Расположение элементов Большая просьба ко всем повторившим эту конструкцию! Сообщите пожалуйста модель и фирму-изготовителя привода, а также ваши результаты не зависимо от того заработала ли схема или нет. Я не могу гарантировать работу схемы на всех приводах, но, по возможности, буду стараться исправлять проблемы, в случае если какая- то модель привода откажется работать. Также буду благодарен за предложения по поводу улучшения сервиса. Связаться со мной вы можете по следующим адресам: Internet: digitalr@chat.ru Digitalres@fcmail.com FIDONet: Ivaschenko Roman 2.4613/204.21 Последнюю версию прошивки всегда можно скачать с моей странички : www.chat.ru/~digitalr РАССЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМФутляр без задней стенки. Основная частота резонанса такого футляра  где I - глубина ящика, м; S - площадь отверстия, м2. Увеличение акустической мощности на основной частоте резонанса на 3-6 дБ при сравнительно плоских и 6-10 дБ при глубоких футлярах придает изучаемому звуку неестественный тембр. Если fЯ = fГ , то увеличение акустической мощности на нижних частотах наиболее значительно. Целесообразно использовать громкоговоритель с частотой резонанса ниже частоты резонанса ящика; наиболее часто встречается соотношение fГ / fЯ = 0,5 - 0,7. Футляр без задней крышки как акустическое оформление в высококачественных системах воспроизведения в настоящее время не используют. Если же нет альтернативы, то футляр должен быть возможно более плоским. Футляр без задней крышки с громкоговорителем следует располагать не ближе 20 см от стены, которую рекомендуется задемпфировать тяжелым ковром. Если громкоговоритель должен быть размещен вдоль одной из стен, то желательно вдоль короткой, ближе к ее середине. Расчет закрытого футляра Установка громкоговорителя в закрытом футляре достаточно большого объема позво ляет получить удвлетворительное воспроизведение нижних частот, так как передняя сторона диффузора полностью защищается от излучения задней стороны. Это приводит к более медленному уменьшению акустической мощности на нижних частотах, чем при установке громкоговорителя в акустическом экране конечных размеров. Частоту резонанса громкоговорителя, установленного в закрытом футляре средних размеров fР при условии, что громкоговоритель занимает менее трети площади стенки, на которой он укреплен, определяют в следующем порядке: 1) определяют гибкость подвесов подвижной системы громкоговорителя СР; 2) вычисляют гибкость объема воздуха ь футляре по формуле  где V - объем воздуха в футляре, м3, равный его внутреннему объему за вычетом объема громкоговорителя, который в первом приближении равен 0,4 d4; d - диаметр диффузора, м; 3) по отношению СГ / СВ с помощью номограммы на рис. 4-20 определяют отношение fР / fГ, обеспечиваемое футляром данного объема V. Частоту механического резонанса громкоговорителя в акустическом экране можно взять из табл. 4-11. Если нужно с имеющимся громкоговорителем получить акустическую систему в виде закрытого футляра с резонансной частотой fР , то требуемый объем футляра определяют в следующем порядке: 1) берут значение резонансной частоты громкоговорителя fГ в акустическом экране из табл. 4-11; 2) определяют гибкость подвесов подвижной системы громкоговорителя СГ; 3) задавшись желаемым отношением fР / fГ , определяют по графику на рис. 4-20 соответствующее ему отношение СГ/СВ и находят требуемую гибкость объема воздуха Сд в закрытом футляре;  4) вычисляют требуемый объем воздуха внутри футляра в кубических метрах по формуле Полный внутренний объем футляра получают, добавив к вычисленному значению V объем громкоговорителя. Если значение fГ неизвестно или затруднительно его определить в акустическом экране достаточно большого размера, то можно измерить частоту механического резонанса громкоговорителя fБ , без экрана и при расчете пользоваться кривой fР / fБ на рис. 4-20. Приведенный расчет справедлив лишь для частот f <; 40/L ( L - глубина футляра в метрах). В связи с этим заднюю сторону диффузора громкоговорителя в закрытом футляре нужно защищать от отраженных внутренними стенками звуковых волн, соответствующих более высоким частотам, покрытием этих стенок звукопоглощающим материалом . Габариты закрытого футляра можно уменьшить, заполнив его стекловатой или другим подобным материалом. Такое заполнение равносильно увеличению объема футляра на 40%.  Если полученная расчетом частота /р достаточно низка, то громкоговоритель должен иметь Q около 1. Если же частота fР недопустимо высока, то хорошие результаты получаются при снижении добротности до значения Q около 0,1; при этом, конечно, необходим подъем нижних частот в усилителе примерно на 6 дБ/октава начиная с частоты  Расчет фазоинвертора. Фазоинвертор представляет собой футляр 1 (рис. 4-21) с дополнительным отверстием 3, расположенным рядом с укрепленным на той же стенке громкоговорителем 2 и имеющим площадь, как правило, равную площади диффузора. Задавшись глубиной фазоинверсного отверстия, отношением его сторон, подсчитав эффективную площадь диффузора (определяющую площадь отверстия) и принимая резонансную частоту фазоинвертора fФ = fГ, по номограмме на рис. 4-22 можно определить требуемый объем футляра.  расстояние от конца туннеля до задней стенки ящика не должно быть менее dГ /2. На частоте fФ фазоинвертор можно рассматривать как акустический трансформатор, улучшающий согласование громкоговорителя с воздушной нагрузкой. Хотя акустическая мощность, отдаваемая передней стороной диффузора, уменьшается на этой частоте, общая акустическая мощность может возрасти значительно. Вместе с тем существенно уменьшаются нелинейные искажения и увеличивается номинальная мощность громкоговорителя вследствие уменьшения амплитуды смещения диффузора..  Глубина фазоинверсного отверстия может варьироваться от толщины стенки футляра (рис. 4-21, а) до величины, приблизительно равной 30 / fФ при использовании туннеля 5 (рис. 4-21, б). Значительная длина туннеля позволяет применить маленький ящик, однако На частотах ниже fФ реакция гибкости воздушного объема увеличивается и образует жесткую связь между массой воздуха в отверстии и массой подвижной системы громкоговорителя. Масса воздуха, таким образом, прибавляется к массе подвижной системы и вместе с гибкостью подвесов образует механический контур с резонансной частотой f1 < fФ . Когда диффузор на этой частоте смещается вперед, воздух в отверстии движется назад (и наоборот) и эффективность излучения ничтожна. На частотах выше fФ , сопротивлениемассы воздуха в отверстии становится высоким и фазоинвертор можно рассматривать как полностью закрытый футляр. Жесткость воздушного объема прибавляется к жесткости подвесов и вместе с массой подвижной системы образует контур с резонансной частотой f2 > fФ . Излучение фазоинверсным отверстием на частоте f2 весьма мало. Полное электрическое сопротивление громкоговорителя RГ в фазоинверторе имеет обычно два максимума (сплошная кривая на рис. 4-23) на частотах f1 и f2 , расположенных по обе стороны от частоты резонанса громкоговорителя в плоском акустическом экране fГ (штриховая линия на рис. 4-23, где R - сопротивление катушки громкоговорителя постоянному току).  Пики полного сопротивления громкоговорителя в фазоинверторе существенно ниже пика громкоговорителя в акустическом экране, однако соответствующие им значения Q1 и Q2 выше Qr - громкоговорителя в акустическом экране. Этот недостаток особенно сильно проявляется на частоте f1 , так как увеличение скорости движения диффузора приводит к увеличению нелинейных искажений, заметности которых способствует отсутствие полезного излучения на этой частоте. С этим явлением можно бороться ограничением выходной мощности усилителя на частотах, близких к f1 . Если желательно, чтобы частотная характеристика громкоговорителя в фазоинверторе была горизонтальна в нижней части рабочего диапазона частот, начиная от /г, то необходимо выполнить условие QГ = 0,6. При увеличении QГ значение Qg возрастает, а значение QФ, уменьшается и это вызывает неравномерность частотной харак-терисгики. Если уменьшить Qr нет возможности, то необходимо хотя бы подавить пик частотной характеристики на частоте f2, возникающий при QГ > 0,6 . Это достигается введением в ящик звукопоглощающего материала 4 (см. рис. 4-21). Иногда весь объем заполняют стекловатой. В этом случае площадь фазоинверсного отверстия, полученную расчетом по номограмме на рис. 4-22, следует увеличить в 2,5 раза. Введение в фазоинвертор большого коли-чества звукопоглощающего материала приводит к ослаблению излучения нижних частот, и при желании продлить характеристику в сторону этих частот, хотя бы до fГ , следует обеспечить существенный подъем нижних частот в усилителе. Настройка фазоинвертора производится изменением площади отверстия (например, пластиной, укрепленной так, чтобы ее поворот изменял площадь отверстия) или глубины туннеля. Необходимо стремиться к тому, чтобы частотный интервал, разделяющий резонансные пики полного сопротивления, не отличался значительно от октавы; амплитуды пиков были равны; любые дополнительные пики, вызванные возникновением стоячих волн в ящике, ликвидировались путем добавления демпфирующего материала. Преимущество фазоинвертора в сравнении с закрытым ящиком того же объема состоит в увеличении акустической мощности приблизительно на 5 дБ в диапазоне от одной до двух октав и в уменьшении нелинейных искажений в диапазоне частот fФ - 2/ф при той же акустической мощности. Недостатком фазоинвертора являются более быстрое уменьшение акустической мощности на частотах ниже fФ , чем в закрытом ящике, и необходимость настройки. Конструирование футляров В футляре, где смонтирован громкоговоритель, на одной или нескольких частотах звукового диапазона возможен резонанс, приводящий к неприятному изменению тембра звуковоспроизведения. Это явление проявляется наиболее сильно в частично или полностью закрытых футлярах. Уменьшению вибраций стенок способствует применение материалов с большой плотностью. Используемая для этих целей фанера должна иметь толщину не менее 20 мм. Хороший результат дает сухой речной песок, засыпаемый между двумя тонкими фанерными листами. Стенки, в особенности задняя и частично передняя, должны быть усилены деревянными брусками. Возможно использование древесно-стружечной плиты. Демпфирование стенок футляра. Внутренние поверхности футляра 1 (рис. 4-24) покрыты слоем звукопоглощающего материала 6 толщиной не менее 10 мм (или одна из пар параллельных поверхностей слоем двойной толщины). Однако стоячие волны на нижних частотах при этом не устраняются. Лучший результат дает разделение объема футляра одной или несколькими звукопоглощающими перегородками 2, например, из войлока толщиной 5-10 мм. Секции ящика, которые отделены от громкоговорителя одной или несколькими перегородками, в этом случае требуют очень слабой акустической обработки. Верхнечастотный громкоговоритель 4 должен быть защищен от излучения задней стороны диффузора нижнечастотного громкоговорителя несколькими слоями звукопоглощающего материала, или металлическим колпаком 5. Нижнечастотный громкоговоритель 3 размещается внизу футляра.  Размещение громкоговорителя. Отверстие, в котором размещается громкоговоритель, ведет себя как труба, длина которой равна толщине стены или доски. Резонансы и антирезонансы этой трубы, а также отражения от краев отверстия вызывают неравномерность частотной характеристики. Очевидные рекомендации: скашивание краев отверстия или установка громкоговорителя в более тонком экране, который затем размещается в стене или в экране нормальной толщины.  Форма ящика. На нижних частотах громкоговоритель излучает сферические волны, и ребра ящика, особенно те, которые составляет фронтальная стенка, образуют препятствия на пути звуковых волн. Это вызывает искривление фронта волны (дифракцию) и вторичное излучение от ребер, что приводит к возникновению интерференционных явлений, вызывая появление на частотной характеристике пиков и провалов до ± 5 дБ. С точки зрения борьбы со вторичным излучением идеальная форма - сфера, худшая - куб с громкоговорителем в центре одной из сторон. Прямоугольный параллелепипед с громкоговорителем, размещенным ближе к одной из коротких сторон - предпочтительнее куба. Однако лучшее приближение к идеалу дает прямоугольная усеченная пирамида, поставленная на прямоугольный параллелепипед (рис. 4-25). При любой форме желательно, чтобы ящик имел различные значения линейных размеров; ни один из линейных размеров не был много больше или много меньше других; наибольший размер ящика не должен превышать 1/4 длины волны нижней частоты рабочего диапазона. Декоративная ткань не должна вызывать значительных потерь акустической мощности. Наиболее пригодна ткань из твердых, крепких (хлопчатобумажных или пластиковых) свободно переплетенных нитей. Применение тканей из мягких и пушистых нитей нежелательно. Соединение в группы и фазирование громкоговорителей Групповое соединение образуют несколько одинаковых громкоговорителей, размещенных близко один к другому в одном акустическом экране. Группа громкоговорителей имеет большую площадь излучения на нижних частотах (что потребовало бы при использовании одного громкоговорителя значительного увеличения размеров и массы подвижной системы); вместе с тем сохраняются преимущества отдельного громкоговорителя со сравнительно легкой подвижной системой -с точки зрения переходного режима и воспроизведения высоких частот. Сопротивление воздуха излучению каждого громкоговорителя группы возрастает на нижних частотах в п раз (га - число громкоговорителей в группе). Это позволило бы получить значительный выигрыш в акустической мощности, если бы одновременно не увеличивалась в кв.корень из n раз масса соколеблюще-гося воздуха. В результате при п == 2 -:- 4 акустическая мощность увеличивается значительно, но все же не в я раз (при той же электрической мощности), а дальнейшее возрастание п выигрыша почти не дает. Увеличение массы соколеблющегося воздуха понижает частоты резонанса каждого громкоговорителя группы и, следовательно, расширяет рабочий диапазон частот, особенно значительно при большом я. Наиболее удовлетворительное соединение громкоговорителей в группу - параллельное; тогда Q системы не будет отличаться от QГ. Если необходимо, чтобы сопротивление группы было равно сопротивлению одного громкоговорителя, то с точки зрения лучшего Q группы лучше применить последовательно-параллельное соединение громкоговорителей (число которых должно быть равно n2, где п = 1, 2, 3 ...). При любом соединении громкоговорителей в группу они должны быть правильно сфазированы: при подключении источника постоянного тока (например, низковольтной батареи) к входным зажимам диффузоры всех громкоговорителей должны смещаться в одном направлении. Изменение направления смещения диффузора громкоговорителя производится изменением порядка включения его входных концов. Если размещение группы громкоговорителей в закрытом ящике встречает затруднение - требуемый объем футляра по расчету получается недопустимо большим, то громкоговорители можно разместить в малом акустическом экране или ящике меньшего объема, заполненном поглощающим материалом, компенсируя ослабление излучения на нижних частотах соответствующей коррекцией в усилителе. К недостаткам группового соединения относится значительная нерегулярность частотной характеристики и характеристики направленности на верхних частотах. Двух- и трехполосные акустические системы Выбор громкоговорителей. Звуковоспроизведение с качеством по классу I обычно можно получить, применяя широкополосный громкоговоритель, например 4ГД4, 4ГД7 или 4ГД28, либо разделяя полный диапазон частот, соответствующий этому классу, на две полосы. Для обеспечения звуковоспроизведения с качеством по классу "высший" встречается необходимость разделять полный диапазон на три полосы. Номинальный диапазон частот громкоговорителя, предназначаемого для воспроизведения той или иной полосы, должен быть шире этой полосы на две октавы при использовании фильтров с крутизной 6 дБ/октава и на одну октаву при использовании фильтров с крутизной 12 дБ/октава. Частоту разделения двухполосной системы выбирают обычно от 400 до 1 200 Гц. В трехполосной системе нижнечастотное звено может работать до 300-600 Гц, среднечастотное - до 2 000- 5 000 Гц. Вблизи частоты разделения часто возникают значительные искажения, вызванные совместной работой громкоговорителей. Если расстояния от каждого из громкоговорителей до слушателя неравны, то частотная характеристика системы может иметь значительную неравномерность, определяемую фазовыми соотношениями приходящих сигналов. Разделительные фильтры. Наиболее простое подключение верхнечастотного громкоговорителя - через конденсатор, защищающий верхнечастотный громкоговоритель от перегрузки на нижних частотах. Такое включение применяется, когда основной громкоговоритель имеет недостаточно широкий частотный диапазон. Емкость конденсатора рассчитывается по формуле  где fР - частота разделения, Гц; RР - полное сопротивление громкоговорителя на частоте fР , Ом. При правильно построенном фильтре каждый громкоговоритель должен работать лишь в той области частот, на которую он рассчитан. Потери в фильтре в полосе пропускания должны быть минимальными. Индуктивности и емкости фильтра при различной крутизне среза, которая определяется как изменение затухания при изменении частоты на октаву, вычисляются по следующим формулам.  Для крутизны спада 6 дБ/октава (фильтр по схеме на рис. 4-26) Для крутизны спада 12дБ/октава (фильтр по схеме на рис. 4-27)  В формулах (4-11) и (4-12) индуктивности имеют размерность миллигенри и емкости - микрофарад.  На основе расчета выбирают конденсаторы с ближайшими большими номинальными стандартными емкостями. Для подбора емкости возможно параллельное соединение нескольких конденсаторов. Очевидно, что при отклонении емкости конденсатора от полученной расчетом величины частота разделения будет' отличаться от заданной.  Если для фильтра нужны емкости порядка десятков микрофарад и выше, то с целью уменьшения его габаритов целесообразно использовать электролитические конденсаторы. Так как последние полярны, а будут работать в цепи переменного тока, то в каждом звене фильтра придется применить по два встречно включенных конденсатора, каждый из которых должен иметь емкость, возможно более близкую к полученной расчетом. В звеньях разделительного фильтра бестрансформаторного транзисторного усилителя можно применить по одному электролитическому конденсатору, соблюдая правильную полярность их включения. Фильтр для трехполосного акустического агрегата (рис. 4-28) представляет собой комбинацию двух рассмотренных выше фильтров. Первый отделяет нижнечастотную область от среднечастотной; последняя затем делится вторым фильтром. Оба фильтра не должны иметь одинаковую крутизну среза; они должны лишь рассчитываться для одного сопротивления.  Методика расчета разделительных фильтров базируется на предположении равенства и активного характера громкоговорителей в разделяемых полосах. Так как полное сопротивление громкоговорителя на частоте разделения может иметь значительную индуктивную составляющую, во избежание частотных искажений в области перекрытия следует учитывать при расчете индуктивность средне- и нижнечастотного громкоговорителей как часть фильтра, т. е. изготовлять катушку фильтра, включаемую последовательно с громкоговорителем, с индуктивностью меньше расчетной на индуктивность громкоговорителя. Если сопротивления громкоговорителей в звеньях многополосной системы не равны, то следует попытаться подобрать равные сопротивления звеньев путем группового соединения (допустимо последовательное соединение верхнечастотных громкоговорителей) . Параллельное соединение двух-трех верхнечастотных громкоговорителей дает возможность использовать их в сочетании практически с любым нижечастотным громкоговорителем. Возможное расхождение в величинах полных сопротивлений звеньев акустической системы может быть устранено увеличением входного сопротивления верхнечастотного звена с помощью делителя напряжения из резисторов. Если в двух- или трехзвенной системе используется несколько верхнечастотных громкоговорителей (например, 1ГД-3), то их следует располагать в футляре так, чтобы угол между их осями в горизонтальной плоскости имел величину около 20-30°. Если же в многополосной звуковоспроизводящей системы используется только один верхнечастотный громкоговоритель, имеющий полное сопротивление больше, чем у громкоговорителя нижнечастотного звена, то с целью выравнивания сопротивления нагрузки разделительного фильтра в области верхних частот верхнечастотный громкоговоритель следует шунтировать резистором соответствующего сопротивления. Стереофонические акустические системы. Громкоговорители двухканальной стереофонической системы должны быть строго идентичны.Их следует располагать в соответствии с рис. 4-29, где зона оптимального"' стереофонического эффекта заштрихована.  Ориентирование громкоговорителей зависит от их характеристик направленности и должно быть определено экспериментально. Оси громкоговорителей не должны пересекаться в зоне расположения слушателей. Т-мост в усилителе НЧКаскад на одном транзисторе, принципиальная схема которого приводится на рисунке, содержит в цепи обратной связи двойной Т-образный фильтр, обеспечивающий узкую полосу пропускания в диапазоне звуковых частот. При номинальных значениях резисторов и конденсаторов, указанных на схеме, устройство имеет среднюю частоту 510 гц и полосу пропускания 33 гц, что соответствует эквивалентной добротности Q=15.
 Выбор других частот производится изменением емкостей-конденсаторов C1- С2. Расчет производится по формуле:
 Точное значение средней частоты при отсутствии возбуждения устанавливается изменением сопротивления переменного резистора R3. Условием хорошей работы каскада является согласование его с выходным сопротивлением источника сигнала и входным сопротивлением нагрузки. Такому условию лучше всего будет отвечать каскад на транзисторе, включенном по схеме с общей базой. "Electronics World". 1969, № 8. УМЗЧ ДЛЯ ПЛЕЙЕРАБывает, хочется послушать музыку во дворе с друзьями. Но тащить большой магнитофон неудобно, а плейер предназначен для одного. Предлагаю простую схему усилителя с выходной мощностью около 3 Вт (рис.1). Главное достоинство схемы - низкое напряжение питания (как и у плейера - 3...6 В). Эту схему можно использовать в минимагнитофоне, чтобы повысить его мощность. Динамики можно использовать любые, но с мощностью не менее 3 Вт и с сопротивлением 4 Ом. Вместо КА2206 можно использовать ИМС ТА8227Р. Цоколевка микросхемы приведена на рис.2.
 Н.ХАЦКЕВИЧ, г. Белове Кемеровской обл.
УМЗЧ ВВУМЗЧ ВВ с упрощенной системой управления УМЗЧ ВВ с микроконтроллерной системой управления  На официальном сйте ПК ОДО "Спецприбор": http://www.spetspribor.com можно заказать печатные платы, наборы деталей для самостоятельной сборки усилителя или уже собраные и предварительно настроеные платы. Ниже приведены фотографии собранных плат усилителя:    Упрощенный вариант схемы усилителя мощности на комплементарных транзисторахОн имеет следующие основные технические характеристики (см. также табл. 4): Номинальная выходная мощность ....... 70 Вт Усилитель работает в режиме АВ и выполнен с использованием схемотехники предыдущего усилителя. Усилитель также обладает полной симметрией для входного синусоидального сигнала (одинаковость входных сопротивлений для положительной и отрицательной полуволн сигнала), что позволяет снизить нелинейные искажения. Принципиальная схема усилителя приведена на рис.1. Он содержит дифференциальный каскад на комплементарных транзисторах (VT1-VT4), каскад усиления напряжения (VT5, VT7) и выходной каскад (VT8-VT13). Напряжение питания входного каскада стабилизировано (с помощью стабилитронов VD1, VD2). Транзисторы выходного каскада включены по схеме с общим коллектором. Температурную стабилизацию тока покоя выходных транзисторов обеспечивают диоды VD3-VD5, установленные на общем с транзисторами VT12, VT13 теплоотводе. Элементы LI, R35, R36, C11, R20, С7 предотвращают самовозбуждение усилителя на высоких частотах.
 Puc.1 Диоды VD3 - VD5 располагают на радиаторе выходных транзисторов. Катушка L1 содержит 10 витков .провода ПЭВ-2 0,8, намотанного на резисторе R35 (МЛТ-2). Как и в предыдущем усилителе, вначале необходимо проверить исправность всех элементов. После монтажа (проверив его правильность) усилитель, аналогично предыдущему, подключают к источнику питания. Настройка заключается в установке резистором R29 начального тока выходных транзисторов в пределах 50 ... 70 мА. Амплитудно- и фазо-частотная характеристики налаженного усилителя приведены на рис.2.
 Puc.2 Литература Упрощенный вариант усилителя мощности класса В.Он имеет следующие основные технические характеристики: Номинальная выходная мощность . . . . . . . 15 Вт Принципиальная схема усилителя приведена на рис.1. Он состоит из предварительного усилителя (DA1, VT1-VT4), работающего в режиме А, и выходного каскада (VT5, VT6), работающего в режиме В. Мост образуют детали R10, R11, R12, С11. L1. Устройство работает аналогично предыдущему.
 Puc.1 Транзисторы VT3 - VT6 установлены на общем теплоотводе через слюдяные прокладки. Катушка L1 намотана проводом ПЭВ-2 1,0 на каркасе диаметром 7 мм виток к витку в два слоя и содержит 40 витков. Налаживание усилителя, правильно смонтированного из исправных элементов, заключается в подстройке моста подбором конденсатора С11 по минимуму нелинейных искажений. Для питания усилителя можно использовать двухполярный источник, обеспечивающий при напряжения ±17 В ток не менее 1 А. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики налаженного усилителя приведены на рис.2.
 Puc.2 Литература Усилитель мощности для активного сабвуфера
Усилитель мощности класса В с коррекцией искажений из-за использования прямой связи.Он имеет следующие основные технические характеристики: Номинальная выходная мощность . . . . . . . 60 Вт Основным недостатком усилителя, работающего в режиме В, является довольно большой уровень нелинейных искажений, особенно при малых уровнях входного сигнала. Однако недостаток устраним, если даже использовать в выходном каскаде экономичный режим В. Такой принцип построения усилителей получил название feed forward error correction (коррекция искажении с использованием прямой связи). Работу усилителя можно рассмотреть на примере рис.1.
 Рис.1. Схема, поясняющая принцип коррекции искажений в результате применения прямой связи. Усилитель состоит из усилителя A1, выходного каскада (на транзисторах VT1, VT2), работающего в режиме В, и элементов моста R1, С1, R2 и L1. Условие компенсации нелинейных искажений в таком устройстве совпадает с условием баланса моста: L1=RIR2C2. Если исключить резистор R2, то устройство на рис.1 можно рассматривать как обычный усилитель НЧ, где R1 обеспечивает ООС, С1 корректирует АЧХ, L1 предотвращает высокочастотную генерацию. В таком усилителе требование стабильности вызывает необходимость уменьшения значения ООС с ростом частоты сигнала, что естественно вызывает рост нелинейных искажений выходного тока i1. При подключении резистора R2 появляется компенсирующий ток i2 и происходит эффективная компенсация на средних и высоких частотах сигнала. На низких частотах баланс моста может нарушаться из-за активной составляющей в полном сопротивлении индуктивности L1. Подобный метод впервые был использован в английском усилителе "Quad 405" и позволил получить коэффициент гармоник на средних частотах около 0,01%. Принципиальная схема усилителя на отечественной элементной базе, испольэующего аналогичный метод компенсации нелинейных искажений, приведена на рис.2.
 Puc.2 Нарушение баланса моста на низких частотах компенсируется глубокой ООС, напряжение которой поступает в эмиттерную цепь транзистора VT2 через делитель R12R11. Для предотвращения самовозбуждения усилителя на высоких частотах служат элементы L1, L3, R25, R29, R30, С10. Катушки LI - L3 намотаны проводом ПЭВ-2 1,0 на каркасах диаметром 7 мм виток к витку в два слоя. Катушка L2-30 витков, LI, L3-46 витков. Транзисторы VT7, VT8, VT9, VT10 установлены на общем теплоотводе через слюдяные прокладки. Усилитель, правильно смонтированный из исправных элементов, практически не требует настройки. Для получения минимальных нелинейных искажений необходимо подстроить мост подбором конденсатора С8. Амплитудно-частотная, фазо-частотная и переходная характеристики усилителя приведены на рис.3. Для его питания необходим двухполярный источник, обеспечивающий при напряжении ±40 В ток не менее 2 А.  Puc.3 Литература Д.И.Атаев, В.А.Болотников. Практические схемы высококачественного звуковоспроизведения. М. Радио и связь. 1986г. Усилитель мощности на комплементарныхОн имеет следующие основные технические характеристики: Номинальная выходная мощность ....... 60 Вт Усилитель полностью выполнен на комплементарных транзисторах. Он работает в режиме АВ. Примененные схемные решения позволили до минимума снизить нелинейные искажения. Основная особенность усилителя-симметричность плеч для обеих полуволн усиливаемого сигнала. Это дало возможность снизить нелинейные искажения усилителя без введения ООС. Другая особенность со. стоит в схеме выходного каскада, позволяющей усиливать сигнал не только по току, но и по напряжению. При этом облегчился режим работы транзиеторов предварительного каскада, поскольку требуемая амплитуда сигнала существенно меньше, чем для обычного выходного каскада.
 Puc.1 Принципиальная схема усилителя показана на рис.1. Он содержит диффе-ренциальный каскад на комплементарных транзисторах (VT1, VT4, VT2, VT5), каскад усиления сигнала по напряжению [VT7, VT8), выходной каскад (VTIO- VТ13, VT15, VT16) и устройство защиты от перегрузок по току (VT14, VT17). Дифференциальный входной каскад на комплементарных транзисторах имеет дополнительное преимущество по сравнению с обычным: при равенстве базовых токов транзисторов VT1 и VT2 (VT4 и VT5) через резисторы R2 и R3 и через резистор R30 ток может вообще не протекать. Это позволяет, не нарушая ба-лансировки каскада, изменять сопротивление этих резисторов в достаточно боль-ших пределах. Чтобы увеличить коэффициент передачи по напряжению и улучшить линейность при высокой термостабильности, в эмиттерные цепи транзис-торов дифференциального каскада включены источники тока на транзистора VT3 и VT6. Каскад усиления по напряжению выполнен на комплементарной паре транзисторов VT7 и VT8, работающих в режиме А. Плечи выходного каскада содержат по три транзистора VT10, VT12, VT15 (VT11, VT13, VT16}, охваченных местной ООС через резисторы R25 и R29 (и сответственно R26 и R31).
 Puc.2 Литература Д.И.Атаев, В.А.Болотников. Практические схемы высококачественного звуковоспроизведения. М. Радио и связь. 1986г. Усилитель мощности с балансным дифференциальным входным каскадомУсилитель имеет следующие основные технические характеристики: Номинальная выходная мощность ....... 55 Вт Одной из особенностей данного усилителя мощности является его питание от двухполярного источника. Это позволяет включить нагрузку между выходов усилителя и общим проводом без переходного конденсатора. Другая особенность состоит в применении входного .балансного дифференциального каскада, обладающего хорошей термостабильностью.
 Puc.1 Принципиальная схема усилителя приведена на рис.1. Он состоит из вход-ного каскада (транзисторы VT1. VT2}, каскада усиления напряжения (VT3) а выходного (VT4-VT7) я элементов защиты выходных транзисторов (VD3-VD6). Входной каскад выполнен по схеме дифференциального каскада с несимметричным выходом. Входной сигнал поступает на базу транзистора VT1 через разделительный конденсатор С1. Сигнал ООС подается с выхода через резистор R6 на 'базу транзистора VT2. Дифференциальный каскад сравнивает выходное напряжение с нулевым напряжением общего провода, и если по каким-либо причинам постоянное напряжение на выходе усилителя станет отличным от нуля, сигнал рассогласования с выхода дифференциального каскада поступает на выходной каскад, обеспечивая тем самым нулевое напряжение на выходе усилителя. С выхода дифференциального каскада сигнал поступает на усилитель напряжения и через резистор Д7 на выходной каскад. Выходной каскад выполнен на составных комплементарных транзисторах VT4, VT6 и VT5, VT7, обладающих большим входным и весьма малым выходным сопротивлениями. Диоды VD1 и VD2 создают начальное смещение выходного каскада и обеспечивают температурную стабилизацию тока покоя выходных транзисторов. Через конденсатор вольтдобавки С5 подключается ПОС в цель. коллекторной нагрузки транзистора VT3, обеспечивая тем самым получение максимального раз- маха выходного напряжения. Диоды VD3, VD4 и VD5, VD6 защищают выходные транзисторы, шунтируя в случае перегрузки, переходы транзисторов. Элементы СЗ, С6, R.14, C7, L1 предотвращают самовозбуждение усилителя на вы-соких частотах. Для температурной стабилизации тока покоя выходных транзисторов диоды VD1 и VD2 устанавливают на общий с транзисторами VT6 VT7 теплоотвод. Катушка L1 намотана на резисторе R15 (МЛТ-2) и содержит 25 витков провода ПЭВ-2 0,8. Резисторы R12 и R13 изготовлены из высокоомного провода (манганин, константан). Налаживание усилителя заключается в проверке правильности монтажа При правильном монтаже и использовании исправных элементов даполнительной настройки не требуется. Для питания усилителя необходим двухполярный источник, обеспечивающий при напряжении ±36 В ток не менее 1,2 А. Литература Усилитель мощности с полевым транзисторомОн имеет следующие основные технические характеристики: Номинальная выходная мощность ....... 75 Вт Улучшение качественных показателей в этом усилителе по сравнению с предыдущим достигнуто рядом схемотехнических решений. В эмиттерную цепь входного дифференциального каскада включен источник тока на полевом транзисторе. Это позволяет повысить коэффициент передачи первого каскада и улучшить его термостабильность. Для улучшения симметрии плеч выходного каскада усилителя и уменьшения нелинейных искажении в эмиттерную цепь одного из транзисторов предоконечного каскада вводится корректирующая цепь, состоящая из диода, резистора и конденсатора. Принципиальная схема усилителя приведена на рис.1. Он содержит дифференциальный входной каскад (VT2, VT4), усилители тока (VT3) и напряжения {VT6), .выходной каскад (VT9-VT12) и устройство защиты от перегрузок (VT7, VT8). Как уже говорилось, источник тока на транзисторе VT1, включенный в эмиттерные цепи транзисторов VT2, VT4, позволяет, не увеличивая температурную нестабильность, повысить коэффициент передачи по напряжению дифференциального каскада. Транзистор VT3 позволяет уменьшить нагрузку на выход дифференциального каскада. Каскад с разделенной нагрузкой на транзисторе VT6 усиливает сигнал по напряжению, обеспечивая максимальный размах выходного напряжения.
 Puc.1 Квазикомплементарный выходной каскад, выполненный на составных транзисторах (VT9, VT11 и VT10, VT12), хорошо согласовывается с низкоомной нагрузкой. Корректирующая цепь, состоящая из параллельно соединенных диода VD2, резистора R28 и конденсатора С10, улучшает симметрию плеч усилителя, уменьшая тем самым нелинейные искажения. Начальное смещение на базах выходных транзисторов для работы в режиме АВ определяется падением напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора VT5 и регулируется ре-зистором R16.
Усилитель мощности, выполненный по мостовой схеме.Он имеет выходную мощность 60 Вт при однополярном источнике питания напряжением +40 В. Получение большой выходной мощности связано с рядом трудностей, одной из которых является ограничение напряжения источника питания, вызванного тем, что ассортимент высоковольтных мощных транзисторов пока еще довольно невелик. Одним из способов увеличения выходной мощности является последовательно-параллельное включение однотипных транзисторов, но это вызывает усложнение конструкции усилителя и его настройку. Между тем имеется способ увеличения выходной мощности, позволяющий избежать применение труднодоступных элементов и не увеличивать напряжение источника питания. Этот способ заключается в использовании двух одинаковых усилителей мощности, включенных так, что входной сигнал подается на их входы в противофазе, а нагрузка включена непосредственно между выходами усилителей (мостовая схема включения усилителей). Усилитель мощности, выполненный по такой мостовой схеме, имеет следующие основные технические характеристики: Номинальная выходная мощность ....... 60 Вт Принципиальная схема такого усилителя приведена на рис.1. Изменение фазы входного сигнала достигается подачей его на инвентирующий вход одного и на неинвертирующий вход другого усилителей. Нагрузка включена непосредственно между выходами усилителей. Чтобы обеспетить температурную стабилизацию тока покоя выходных транзисторов, нa общий с ними теплоотвод размещены диоды VD1-VD4.
 Puc.1 Перед включением проверяют правильность монтажа и соединений усилителя. После подключения источника питания резистором R14 устанавливают между выходами усилителя напряжение не более 0,5 В. Амплитудно-частотная и фазочастогтная характеристики отрегулированного усилителя приведены на рис.2.
 Puc.2 Литература УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГОЛОВКИ ПРЯМОГО ИЗЛУЧЕНИЯОтдача головки прямого излучения, то есть создаваемое ею звуковое давление, как известно. пропорционально колебательному ускорению ее диффузора. Ускорение диффузора пропорционально силе, создаваемой током I в звуковой катушке. Эту силу можно определить по формуле F=BIl (В - магнитная индукция в зазоре головки. l - длина проводника звуковой катушки). Произведение Вl является конструктивным параметром головки прямого излучения. Ток, протекающий через движущуюся в магнитном поле звуковую катушку, при постоянной амплитуде напряжения на ее выводах обратно пропорционален ее полному электрическому сопротивлению и противо-ЭДС, возникающей в звуковой катушке при ее движении в зазоре. Индуктивная составляющая полного сопротивления звуковой катушки и противо-ЭДС являются частотнозависимыми, поэтому ток, протекающий через катушку, а следовательно, и отдача головки прямого излучения зависят от частоты звукового сигнала. При воспроизведении частоты. совпадающей с основной резонансной частотой подвижной системы головки, происходит резкое уменьшение ее отдачи. Объясняется это возрастанием противоЭДС звуковой катушки в результате увеличения скорости ее перемещения в магнитном поле (влияние активного и индуктивного сопротивлений звуковой катушки при этом можно не учитывать). Увеличить отдачу на резонансной частоте за счет увеличения индуктивности в зазоре или длины проводника невозможно, так как зависимость отдачи от параметра В1 неодинакова на разных частотах. На рис. 1 приведена частотная характеристика звукового давления головки на частотах до 500 Гц. По оси ординат отложено изменение отдачи головки по сравнению с номинальной (кривая б).
 Puc.1 Кривая а (по сравнению с кривой б) представляет собой частотную характеристику звукового давления головки, имеющей повышенное значение В1, а кривая в - пониженное (при постоянном активном сопротивлении звуковой катушки). Из рисунка видно, что в интервале частот от 70 до 500 Гц отдача головки прямо пропорциональна произведению В1. Но вблизи резонансной частоты картина резко меняется.
 Puc.2 Вторую звуковую катушку наматывают сверху или снизу основной. Ее подключают через последовательный LC контур (L3С1), резонансная частота которого выбирается равной основной резонансной частоте подвижной системы головки. Благодаря малому сопротивлению LC контура на основной резонансной частоте дополнительная катушка оказывается подключенной параллельно основной. При этом сила F, обеспечивающая ускорение подвижней системы головки, будет определяться суммарным током,протекающим через обе катушки. Таким образом, отдача громкоговорителя на резонансной частоте возрастет. На частотах, отличающихся не менее чем на одну октаву от резонансной, полное сопротивление контура L3C1 достаточно велико, что исключает влияние дополнительной катушки на работу головки. "Audio" (США). 1974. т. 58. № 12 " Wireless World" (Англия), 1975. т. 81, № 1472 ВЫХОДНОЙ КАСКАД УЗЧВ последнее время в качестве выходных каскадов радиолюбительских аппаратов широко применяются интегральные усилители серии К174, Наиболее подходящими для этих целей я считаю использование микросхем К174УН 14 и К174УН 19 (аналоги - 2003 и 2030 соответственно). Обычно микросхемы используются в типовом включении, хотя можно использовать их с большей пользой.
 Предлагаемый усилитель на микросхеме К174УН19 был изготовлен и испытан в трансиверном тракте RA3PEM "Роса", взамен редкостной в наше время К174УН4, представляющей собой мощный операционный усилитель. В усилитель введена ООС (цепочка R4, R6, С2, С5), в результате чего АЧХ усилителя имеет завал 12 дБ/октаву на частотах выше 2,7 кГц. Аналогичным образом ОС можно ввести и в УНЧ на К174УН 14. С.САПОТЬКО (EW2AH), г.Молодечна
|
