Высококачественный усилитель НЧ

Н. ЗЫКОВ, Радио №4/1966, ст.27

Коррекция частотных характе­ристик в усилителях НЧ в большинстве своем осуществля­ется с помощью регуляторов тембра низших и высших звуковых час­тот. Существуют две основные разно­видности таких регуляторов, услов­но называемых регуляторами первого и второго типа. Регуляторы первого типа имеют неизменную частоту перехода — fпер, ^но крутизна на­клона их частотной характеристи­ки — α — величина переменная (см. рис. 1, а). Такие регуляторы, как правило, состоят из частотнозави­симых делителей напряжения.

У регуляторов второго типа частот­ная характеристика отличается тем, что крутизна наклона характери­стики постоянна, а изменяется час­тота перехода (см. рис. 1, б). Схемы регуляторов второго типа обычно ис­пользуют частотнозависимую отри­цательную обратную связь [1, 2].

Как видно из приведенных харак­теристик, каждый такой регулятор тембра позволяет хорошо скоррек­тировать только определенные иска­жения частотной характеристики уси­лителя, например, частотные иска­жения, показанные кривыми а—а и б—б (рис. 1, а и 1, б). Однако пред­сказать реальную форму частотной характеристики всего звуковоспро­изводящего тракта практически не­возможно, так как частотные иска­жения вносятся фонограммой, уси­лителем, громкоговорителем, акус­тическим агрегатом, зависят от уров­ня громкости, акустики помещения и многих других факторов. Все эти искажения имеют различный харак­тер, и суммарная частотная характе­ристика может оказаться весьма да­лекой от тех кривых (а—а и б—б), которые приведены на рис. 1. Поэтому компенсация частотных искажений может быть неполной при использовании любого из опи­санных выше регуляторов тем­бра высших и низших звуковых частот.

В последнее время у нас в СССР и за рубежом наметилась тенденция к расширению возможностей регу­лирования тембра в высококачест­венной радиоаппаратуре [3].

Рассмотрим схему комбинирован­ного регулятора тембра, в которой, помимо плавных регуляторов низ­ших и высших звуковых частот, имеются еще три дополнительных ре­гулятора тембра, позволяющих из­менять частотную характеристику на трех средних фиксированных часто­тах (рис. 2).

При помощи потенциометров R₄, R₅, R_б можно получить как завал, так и подъем частотной характери­стики на частотах 600, 1 800, 3 600 гц. В верхнем по схеме поло­жении движка любого из потенцио­метров анодная нагрузка R₁ шунти­руется LC контуром и осуществляется завал характеристики на задан­ной частоте. В нижнем положении движка контур шунтирует сопротив­ление R₂ в катоде лампы и осуществ­ляет подъем характеристики.

Резисторы R₇ R₈ и R9 снижают добротность контуров LC, ограни­чивают степень регулирования темб­ра и обеспечивают плавное перекры­тие характеристики в диапазоне средних частот от 400—450 гц до 4500-­5000 гц. Количество фиксированных частот и их значения могут быть иными. В этом случае расчет контуров можно производить по следующей формуле

Регуляторами могут быть обычные потенциометры, у которых графито­вый слой на середине дужки осто­рожно снят надфилем, в результате чего образовано как бы два реостата по 70-75 ком каждый.

Аналогичным способом можно по­строить регуляторы тембра низших и высших звуковых частот (см. пун­ктирную линию на рис. 2). Однако такие регуляторы низших частот бу­дут неоправданно сложны, громоздки и дороги, поэтому для регулировки высших и низших звуковых частот лучше применять обычные регуля­торы тембра I или II типа.

Совместное использование регуляторов тембра низших и высших час­тот и регуляторов тембра на три фик­сированные средние частоты (каждая из которых отличается от предыду­щей приблизительно на октаву f =2f₂=4f₃) позволяет получить прак­тически любую частотную характе­ристику канала звуковоспроизведе­ния, а также значительно увеличи­вает возможную степень коррекции характеристики усилителя на высших и низших частотах (до З0-40 дб). Кроме того, использование регуля­торов средних частот значительно упрощает разработку и конструиро­вание акустических систем для вы­сококачественного воспроизведения звука.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ УСИЛИТЕЛЯ

Номинальная выходная мощность усилителя 8 вт. Максимальная чув­ствительность с гнезд звукоснимате­ля — 100—200 мв, с линейного вы­хода — 0,5 в, с трансляционной ли­нии — 10 в. Усилитель воспроизво­дит полосу звуковых частот от 40 гц до 15 кгц с неравномерностью на краях диапазона +-1,5 дб (без регу­ляторов тембра).

Коэффициент нелинейных искаже­ний на частоте 1 кгц при номиналь­ной выходной мощности — 0,5% ; при выходной мощности 6 вт — 0,2 %.

Активное сопротивление нагрузки усилителя — 4 ома, уровень шу­мов — 60 дб. Выходное сопротивле­ние усилителя —0,3—0,5 ом.

Размеры корпуса усилителя 350X280X 130 мм, размеры акустиче­ской колонки — 268X270X600 мм. Усилитель может питаться от сети переменного тока напряжением 110, 127 и 220 в, потребляемая мощность от сети 120 вт.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

На вход усилителя включено ком­мутирующее устройство (см. рис. 3), с помощью которого к нему могут подключаться приемник П(100 мв), телевизор Т (100 мв), звукоснима­тель, линейный выход магнитофона М (0,5 в), трансляционная линия Л (10-30 в), а также вход магни­тофона (к линейному выходу усили­теля ЛВ).

Первый каскад усилителя собран на лампе Л_1а, он используется для усиления сигналов, поступающих с гнезд звукоснимателя, приемника П или телевизора Т.

В последующие два каскада, соб­ранные на лампе Л₂, включены типо­вые регуляторы тембра низших и выс­ших частот II типа (потенциометры R₇ и R₁₀) и регулятор тембра средних частот (потенциометры R₂₂, R₂₃ и R₂₄).

Для уменьшения уровня шумов, соединенные последовательно накаль­ные цепи ламп Л1 и Л₂ питаются от низковольтного выпрямителя.

На лампе Л₃ смонтирован усили­тель предоконечного каскада и фа- зоинвертор. Хорошая симметрия при минимальных искажениях в случае больших управляющих сигналов до­стигается применением сравнительно низкоомной анодной и катодной на­грузки фазоинвертора.

Оконечный каскад усилителя двух­тактный, он собран по ультралиней­ной схеме. Три последних каскада усилителя охвачены глубокой отри­цательной обратной связью, напря­жение которой снимается со вторич­ной обмотки выходного трансфор­матора и подается в катодную цепь лампы Л₃.

РАДИОДЕТАЛИ Усилитель собран в основном из покупных радиодеталей. Силовой трансформатор Tp₁ применен от при­емника «Фестиваль». Он собран на сердечнике из пластин Ш20, толщина набора 45 мм. Сетевая обмотка со­держит 2Х (50+315) витков провода ПЭЛ 0,38, повышающая — 700 вит­ков провода ПЭЛ 0,29. Обмотка низ­ковольтного выпрямителя состоит из 45 витков того же провода, обмотка электродвигателя (не используется), содержит 50 X 2 витков провода ПЭЛ 0,59, а обмотка накала ламп — 17+4 витка провода ПЭЛ 1,0.

Дроссель фильтра Др₁ — большой дроссель телевизора «Рубин-102» (ин­дуктивность 4 гн); он намотан на сер­дечнике из пластин УШ16, толщина набора 15 мм, его обмотка содержит 2300 витков провода ПЭЛ 0,25. Ка­тушка L1—малый дроссель телевизора «Рубин-102» (6,5 гн) — намотана на сердечнике из пластин УШ12, тол­щина набора 18 мм, обмотка его со­стоит из 3100 витков провода ПЭЛ 0,14. Катушки L₂ и L₃ выполнены на броневых сердечниках типа СБ-4а. Катушки намотаны внавал на ци­линдрических каркасах из эбонита или текстолита и содержат около 2200 витков провода ПЭВ 2 0,1 (ве­личина их индуктивности в сборе с сердечником 0,35-0,4 гн).

Выходной трансформатор усилите­ля Тр₂ собран на сердечнике из пла­стин Ш19, толщина набора 45 мм, К качеству выходного трансформато­ра предъявляются особо жесткие тре­бования, поэтому намотку катушки нужно вести очень тщательно.

На рис. 4, а и 4, б показаны прин­ципиальная схема выходного транс­форматора и один из вариантов рас­положения обмоток его катушки. На­мотку катушки следует производить послойно, виток к витку. Между слоя­ми прокладывать один слой тонкой лакоткани или два слоя конденсатор­ной бумаги, а между обмотками — два слоя лакоткани и бумаги. Вместо конденсаторной бумаги можно ис­пользовать чертежную кальку. Пер­вичная обмотка 1—6 наматывается проводом ПЭВ 2 0,18 и содержит 3000 витков, вторичная обмотка — 7—12 состоит из 180 витков провода ПЭВ 2 0,57.

Выводы располагаются таким об­разом, чтобы обеспечить наиболее ко­роткие перемычки для соединения выводов 3 и 4 первичной обмотки и 7—9—11 и 8—10—12 вторичной. На выводы обмоток нужно надеть хлор­виниловые или кембриковые изоля­ционные трубки и распаять их на монтажных колодках, установлен­ных на трансформаторе.

Выходной трансформатор Тр₂ мож­но применить от приемника «Фести­валь».

Все электролитические конденса­торы, за исключением С₁₂, типа КЭ-2. Конденсатор С₁₂ 1000-2000 мкф типа К50-36, конденсаторы С₂₇ и С₂₈ — бумажные, типа БМ и КБМГ.

Переделка потенциометров R₂₂, R₂₃ и R₂₄ описывалась выше. Следует добавить только, что места пропилов желательно покрыть нитролаком для упрочения графитового покрытия дужек. Потенциометр  компен­сированного регулятора громкости должен иметь отвод. Если подобного потенциометра не имеется, то можно использовать любую из схем компен­сированных регуляторов громкости, приведенных в радиолюбительской технической литературе [4].

Все резисторы могут иметь откло­нение + 20% от номинальной вели­чины. Резисторы R35, R₃₆ и R₃₇ сле­дует подобрать такими, чтобы удов­летворять равенству с отклонением не более 5%.

R35=R36+R37

Допуск на отклонение величины емкости от номинального значения для всех конденсаторов, кроме С₆, С₇, С₈, С₁₈, С₁₉, С₂₀ от —20% до +50-100%. Для вышеуказанных конденсаторов, используемых в цепи регуляторов тембра, допустимый раз­брос не должен превышать +10%.

Радио №5/1966, ст.29

Конструкция и монтаж усилителя

Конструктивно усилитель состоит из трех блоков: блока усили­теля, блока управления и блока питания.

Блок усилителя смонтирован на шасси из дюралюминия толщиной 1,5—2 мм. Разметка его показана на рис. 5. Сверху на шасси разме­щены лампы, электролитические кон­денсаторы, катушки регуляторов тембра и выходной трансформатор; все остальные детали — в подвале шасси. Монтажная схема блока уси­лителя приведена на рис. 6. При мон­таже в качестве несущих монтажных элементов используются ламповые панельки, электролитические кон­денсаторы, а также монтажные план­ки со штыревыми контактами. План­ки можно изготовить из гетинакса или текстолита толщиной 2-2,5 мм. Проводники, идущие к блоку управ­ления, к потенциометрам R₁, R₇, R₁₀ и к переключателю П₁, следует экранировать. Корпус конденсатора С₁₂ желательно изолировать от шас­си с помощью изоляционной шайбы и заземлить его у лампы Л₁. Катушки L₂ и L₃ в броневых сердечниках СБ-4а можно закрепить на шасси усилителя клеем БФ-2, предвари­тельно обезжирив склеиваемые по­верхности спиртом или бензином.

Блок питания также смонтирован на шасси из дюралюминия толщиной 1,5—2 мм. Разметка его показана на рис. 7. Расположение деталей показано на рис. 8. Переключатель и предохранители Пр₁ и Пр₂ входят в комплект силового трансформатора от радиоприемника «Фестиваль»; по­этому если используется готовый трансформатор, то при монтаже не­обходимо освободить его от стяги­вающих шпилек и платы переключа­теля, а затем собрать, как показано на рис. 8.

Блок управления представляет со­бой панель, на которой укреплена шкала (рис. 9), потенциометры R₁; R₇, R₁₀, R₂₂, R23 R₂₄, переключатель П1, выключатель сети Вк₁ и инди­каторная лампочка Л₆. Монтажная схема блока управления показана на рис. 10.

Шкалу можно нанести на фотобу­магу и наклеить затем на органиче­ское стекло. Негативом служит калька с надписями, выполненными тушью. В этом случае основной фон шкалы будет черным, надписи — светлыми. Можно изготовить шкалу и методом фотопечати на металл, обычное или органическое стекло. Эти способы достаточно просты и описаны в литературе [5, 6]. Смон­тированные блоки соединяют друг с другом (см. рис. 11) и устанавли­вают в деревянный корпус (см. фото в заголовке статьи), основные раз­меры которого приведены на рис. 12. Корпус можно изготовить из фанеры толщиной 8—10 мм. Несмотря на простые формы, он хорошо гармони­рует с современной мебелью, разу­меется при соответствующей отделке.

Налаживание усилителя

Перед налаживанием следует тща­тельно проверить правильность вы­полненного монтажа, после чего уси­литель можно включить в сеть. При этом громкоговорители необходимо подключить к выходу усилителя во избежание межвиткового пробоя в выходном трансформаторе. Сопро­тивление резистора R₄₃ в цепи отри­цательной обратной связи первона­чально должно быть в 2±2,5 раза больше, чем это указано на принци­пиальной схеме.

Если усилитель возбуждается, нужно поменять местами концы вто­ричной обмотки выходного трансфор­матора Tр₂. После этого следует так установить режимы ламп усили­теля, чтобы они не отличались от указанных на принципиальной схеме более чем на ±20% (см. рис. 3). Номинальное напряжение накала 12,6 в устанавливается проволочным резистором R₄₉. Измерять это напря­жение удобно на четвертом ле­пестке ламповой панельки Л₂.

Затем следует произвести балансировку ламп оконечного каскада Л₄, Л₅ по анодному току (выравнять их анодные токи) с помощью пере­менного проволочного резистора R_4б. Если проволочный потенциометр от­сутствует, то разъединив катоды оконечных ламп, в цепь каждого из них следует включить сопротив­ление 230 — 260 ом, зашунтированное электролитическим конденсатором емкостью 100—200 мкф. Изменяя ве­личины этих сопротивлений, нужно добиться равенства анодных токов ламп Л₄, Л₅.

Величина обратной связи устанав­ливается с помощью резистора R₄₃. Чем глубже отрицательная обратная связь, тем меньше нелинейные и частотные искажения, тем ниже вы­ходное сопротивление усилителя. Для данной схемы величина отри­цательной обратной связи не должна превышать 15—20 дб. При этом величина сопротивления резистора R₄₃ может колебаться в пределах от 300 до 1200 ом.

Определить величину обратной свя­зи несложно. Для этого можно воспользоваться переменным напря­жением накала, подавая его через конденсатор емкостью 500—5000 пф на один из входов усилителя. Уста­новив с помощью регулятора гром­кости какой-либо уровень сигнала на выходе усилителя, измеряют вы­ходное напряжение без отрицатель­ной обратной связи U_B и с отрица­тельной обратной связью U_oc. Коэф­фициент отрицательной обратной связи определяют по формуле:

Полученное числовое выражение К_оc. переводят в децибеллы [7]. Чтобы исключить погрешности, вно­симые в измерения громкоговорите­лем, на выход усилителя вместо него желательно включить резистор, сопротивление которого эквивалент­но активному сопротивлению звуко­вой катушки громкоговорителя (по­рядка 4 ом).

Качество усилителя в большой степени зависит от его выходного сопротивления В_вых, определяющего степень демпфирования громкогово­рителей К_Д. Оба эти параметра определяют следующим образом.

Подключив вместо громкоговори­телей поочередно два резистора R_н1 и R_н2 величиной 2 и 10 ом и измерив напряжения на них U₁ и U₂, подсчи­тывают величины R_ВЫХ и К_д.

Измерение выходного сопротивле­ния нужно производить при малых уровнях громкости, не более 3 — 8% от максимальной. При применении громкоговорителей, указанных на принципиальной схеме и отрица­тельной обратной связи, охватываю­щей оконечные каскады усилителя, равной 20 дб, выходное сопротивле­ние усилителя не превышает 0,5 ом. Для акустической системы, состоя­щей из двух колонок, коэффициент демпфирования будет равен 10.

В случае использования громкого­ворителей других типов с иным сопротивлением звуковой катушки следует пересчи­тать количество витков вторичной обмотки выходно­го трансформатора Тр₂ по формуле:

Такой пересчет необязателен, если новое сопротивление нагрузки R_гр будет менее чем в 1,2 —1,5 раза отли­чаться от указанного в технических данных на усилитель, так как ультралинейная схема малочувствитель­на к изменениям нагрузки.

Если приобретен выходной транс­форматор, выходные параметры кото­рого неизвестны, оптимальное сопро­тивление нагрузки R_гр можно опре­делить, пользуясь графиком зави­симости выходной мощности усили­теля от сопротивления нагрузки, примерный вид которого показан на рис. 13. Такой график легко построить самостоятельно. Для это­го, отключив отрицательную обрат­ную связь, с помощью вольтметра замеряют напряжение на выходе усилителя при различных значе­ниях нагрузки и неизменном на­пряжении сигнала на входе уси­лителя. По полученным значениям для каждой из нагрузок подсчитыва­ется мощность по формуле:

Оптимальной нагрузкой R_гр будет такая, при которой выходная мощ­ность максимальна.

Как показали измерения, при вы­ходных нагрузках R_гр от 2 до 4 ом, выходная мощность, снимаемая с усилителя, изменяется незначитель­но, примерно от 20 до 35% оставаясь на уровне 64-8 вт.

Источником сигнала при измере­ниях выходного сопротивления уси­лителя, коэффициента демпфирова­ния и выходной мощности может служить цепь накала ламп, как ука­зывалось выше.