Стереофонический усилитель звуковой частоты

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

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

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

номинальная выходная мощность усилителя на нагрузке сопротивлением 4 Ом составляет 20 Вт, на нагрузке 8 Ом—10 Вт; максимальная выходная мощность - соответственно 25 и 12 Вт. Диапазон рабочих частот 40...18 000 Гц при неравномерности частотной характеристики не более ±2,0 дБ и 20...20000 Гц при неравномерности частотной характеристики не более ±3,0 дБ; чувствительность со входа 200...250 мВ, коэффициент гармоник не превышает 0,5 %. Пределы регулировки тембра по низшим и высшим частотам ±12 дБ.

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

Усиливаемый сигнал с движка переменного резистора R1 через разделительный конденсатор (21 поступает на базу транзистора VT1, выполняющего роль предварительного усилителя. Конденсатор С1 позволяет исключить шорохи и трески при регулировании громкости. Цепь R3C2 выполняет функцию сглаживающего фильтра по цепи питания предварительного усилителя. Каскад на транзисторе VT1 через резистор R2 охвачен отрицательной обратной связью по напряжению, а через резистор R5 — отрицательной обратной связью по току, что позволило значительно уменьшить нелинейные искажения, вносимые каскадом.

С нагрузки предварительного усилителя (резистор R4) усиливаемый сигнал через конденсатор: С3 поступает на регуляторы тембра по низшим (R7) и высшим (R10) звуковым частотам. Регуляторы тембра включены по обычной, последовательной, схеме и особенностей не имеют. На частотах 100 Гц и 10 кГц они обеспечивают диапазон коррекции амплитудно-частотной характеристики ±12 дБ. Увеличение этого значения в бытовых устройствах звуковоспроизведения практически нецелесообразно и не нужно.

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

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

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

Благодаря принятым мерам удалось ограничиться общей отрицательной обратной связью глубиной всего около 20 дБ, которая осуществляется по цепям R 17 C 10, R 18 C 11. Небольшая глубина общей отрицательной обратной связи обеспечивает достаточный запас по устойчивости усилителя и малые динамические искажения.

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

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

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

Усилитель собран на четырех функционально законченных платах-модулях: плата 1 — предварительный усилитель левого и правого каналов; плата 2 — блок регулировки тембра по низшим и высшим звуковым частотам; плата 3 — двухканальный усилитель мощности; плата 4 — блок питания. Модульная конструкция позволяет производить дальнейшее усовершенствование (модернизацию) усилителя путем замены отдельных модулей без нарушения монтажа и функциональной целостности всего устройства.

Так, например, вместо простейшего предварительного усилителя (плата 1) можно построить усилитель с входным каскадом на полевых транзисторах или содержащий различные цепи частотной коррекции; вместо регуляторов тембра, собранных по последовательной схеме (плата 2), можно использовать активные или многополосные регуляторы тембра; вместо усилителей мощности (плата 3) — усилители мощности, выполненные на кремниевых транзисторах и т. д.

Ввиду нелинейности чувствительности уха на различных звуковых частотах и уровнях громкости в усилителях звуковбй частоты целесообразно использовать тонкомпенсированные регуляторы громкости, для чего переменные резисторы R1 должны иметь один или два отвода для подключения элементов тонкомпенсации (на рис. 3 выделены утолщенными линиями). Но приобретение переменных резисторов с отводами не всегда доступно, а самостоятельное их изготовление связано с определенными трудностями, поэтому тонкомпенсирован-ный регулятор громкости можно собрать, используя обычные леременные резисторы (без отводов группы А). Одним из путей реализации этого решения является использование активного регулятора громкости с тонкомпенсацией , схема которого приведена на рис. 4.

Его можно ввести в усилитель либо дополнительно, либо вместо платы-модуля 1. Здесь каскад на транзисторах VT1, VT2 — составной эмиттерный повторитель, предназначенный для увеличения входного сопротивления усилителя. Непосредственно активный регулятор выполнен на транзисторах VT3, VT4. Переменный резистор R7, которым регулируют громкость, должен обязательно иметь линейную зависимость сопротивления от угла поворота движка, т. е. быть группы А.

В усилителе использованы постоянные резисторы МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, МЛТ-0,5; подстроенные резисторы R13, R19— СП3-1А или СПО-0,5; переменные резисторы СПЗ-4В или СПЗ-12В с функциональными характеристиками типа В (R1) и A (R7, R10). Резисторы R24 и R25 проволочные, самодельные. Они намотаны на корпусах резисторов МЛТ-1 сопротивлением не менее 100 Ом. Конденсаторы СЮ, С11 — КТ1 или КТ2; С4, С5, С7, С12 — МБМ; С6 — КД или КМ; электролитические конденсаторы — К50-6, К50-16, К50-12, ЭТО-1 или К53-1.

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

Сетевой трансформатор Т1 блока питания готовый, от стереофонического усилителя Одиссей-001-стерео. Можно также использовать унифицированный трансформатор ТПП304-127/220-50 или любой другой с габаритной мощностью не менее 80... 100 Вт (для стереофонического варианта усилителя и имеющий две вторичные обмотки 2X18 В, рассчитанные на ток нагрузки 1,2... 1,5 А).

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

Внешний вид описанного усилителя показан на рис. 6. Его корпус с внешними размерами 400Х280Х60 мм сделан из пластин листового дюралюминия толщиной 5 мм. Из дюралюминия выточены на токарном станке и ручки управления усилителем. Все надписи на лицевой панели выполнены латинским алфавитом (на английском языке), используя для этого так называемый Моментальный шрифт, который можно приобрести во многих городах страны (см. 300 практических советов издательства Московский рабочий, 1982, с. 392, совет 294).

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

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

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

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

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

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