Усилитель низкой частоты современного радиокомплекса

(по материалам зарубежных источников)

Радиокомплексы класса Hi-Fi состоят обычно из ряда функциональных частей, большинство из которых имеет свои источники питания. Магнитофоны часто снабжают еще и собственными усилителями мощности. Однако если магнитофон считается относящимся к классу Hi-Fi, то это еще означает, что все его части, включая усилитель мощности и встроенные громкоговорители, отвечают высоким требованиям. Многие магнитофоны класса Hi-Fi,. например Philips-4407, Grundig TK-248, имеют око нечные усилители с выходной мощностью 2X4 Вт при коэффициенте нелинейных искажений до 10%. Очевидно, что с таким усилителем магнитофон не может обеспечить высококачественное звуковоспроизведение.

Большая часть современных радиокомплексов класса Hi-Fi представляет собой стереофонические устройства. Типичная структурная схема подобного радиокомплекса приведена на рис. 1. Используемые при всех видах работы линейные предварительные усилители и усилители мощности с акустическими системами здесь обозначены соответственно 1-У6, 2-У6, 1-У7, 2-У7, 1-Гр1 и 2-Гр1. На входы предварительных усилителей включены регуляторы громкости, а между предварительными усилителями и усилителями мощности расположены регуляторы тембра и частотные фильтры, о назначении которых будет сказано ниже. Источниками входных сигналов могут быть радиовещательный приемник с диапазоном УКВ, содержащий стереодекодер, магнитофон с встроенными раздельными усилителями записи 1-У1, 2-У1 и воспроизведения 1-У2, 2-У2, магнитный (3d) и пьезоэлектрический (Зс2) звукосниматели стереофонического электропроигрывателя.

Дополнительно (в редких случаях) имеются входы с микрофонов 1-Мк1 и 2-Мк1. Некоторые источники сигналов имеют дополнительные предварительные усилители. Так, например, сигналы с магнитного звукоснимателя 3с1 проходят через корректирующие усилители 1-УЗ и 2-УЗ. При наличии микрофонов добавляются усилители 1-У5 и 2-У5.

Сигнал каждого из источников с помощью переключателя рода работы В1 можно по желанию скоммутировать на входы общих в системе предварительных усилителей 1-У6 и 2-У6 или на магнитофон для записи.

Если магнитофон имеет раздельные головки и усилители записи и воспроизведения, качество записи на магнитную ленту можно контролировать во время самой записи, то есть осуществлять так называемый мониторинг. В этом случае на входы усилителей 1-У6 и 2-У6 поступают сигналы с выходов усилителей магнитофона 1-У2 и 2-У2, а сигнал со звукоснимателя граммофонного проигрывателя подается на записывающую головку магнитофона. На схеме положения переключателей В1 и В2 соответствуют данному случаю.

Чтобы основные усилители могли работать практически с любыми источниками входных сигналов, естест-венно, требуется хорошее согласование входной чуствительности усилителей с уровнями сигналов на выходах разных источников, а также соответствующих входных и выходных сопротивлений. Если это требование не выполняется, то при подаче на вход усилителя источника тоге или иного сигнала нельзя получить одинаковую громкость звуковоспроизведения и после каждого переключения приходится манипулировать регулятором громкости. В ряде стран существуют стандарты, устанавливающие нормы входной чувствительности усилителей и уровней сигналов, вырабатываемых источниками, однако линейные входы усилителей нередко имеют чувствительность больше требуемой, а магнитофоны создают на соответствующих выходах большие напряжения, чем рекомендуются нормами. За счет имеющегося обычно запаса по максимально допустимым значениям входных напряжений сигнал не претерпевает нелинейных искажений, однако проводить запись в этих случаях все же неудобно. Так, например, если на магнитофон с универсальной головкой ведется запись от проигрывателя с пьезоэлектрическим звукоснимателем, то сигнал поступает с головки на входы усилителей магнитофона (см. структурную схему), а для контроля качества произведенной записи ее прослушивают, подключая магнитофон к тому же входу усилителя. Но так как при этом на усилитель поступает сигнал с большим уровнем, то оператору приходится уменьшать громкость до первоначального уровня, чтобы удобнее было сравнивать запись с оригиналом на слух. Однако при этом тонкоррекция усилителя, связанная обычно с регулятором громкости, оказывается измененной, и произведенная запись по сравнению с оригиналом звучит более глухо (за счет подчеркивания низших частот), хотя она выполнена вполне нормально. Приведенный пример иллюстрирует желательность хорошего согласования усилителя с источниками входных сигналов по чувствительности и объясняет тот факт, что в некоторых усилителях тонкоррекция отключается (с помощью выключателя В4).

Наряду с эффективными регуляторами тембра в усилительных трактах нередко применяют фильтры верхних и нижних частот. Фильтр нижних частот рекомендуется включать при прослушивании шипящих грампластинок, а верхнечастотный — для подавления шумов, вызываемых работой некачественного механизма проигрывающего устройства. Применение этих фильтров вполне оправдано, так как они резко обрезают только крайние участки полосы пропускания усилителя, тогда как. регуляторы тембра деформируют всю частотную характеристику.

Выключатели упомянутых фильтров на структурной схеме обозначены соответственно В5 и В6.

Имеющаяся тенденция к увеличению глубины регулиг ровки тембра также вполне оправдана, так как отдача акустических систем на низших и высших частотах различна, а восприимчивость слушателей к звукам различных частот не одинакова.

Технические качественные характеристики усилителей НЧ в последние годы значительно улучшились и обычно превосходят минимальные требования, установленные для бытовой аппаратуры класса Hi-Fi нормами стандарта ФРГ DIN 45500, которых придерживается большинство европейских фирм. Основные из них приведены в таблице. Они сравнимы с нормами ГОСТ СССР на звуковоспроизводящую аппаратуру высшего и первого классов. Однако в нормах DIN имеются некоторые пробелы. Два усилителя., полностью отвечающие этим нормам, при подключении к идентичным источникам сигнала и акустическим системам могут не обеспечить одинаковую музыкальность звуковоспроизведения. Это объясняется прежде всего нечеткостью формулировок отдельных положений и отсутствием нормы на реакцию усилителя на прямоугольный импульс. Большинство зарубежных фирм наряду с шириной полосы пропускания в описаниях усилителей указывают зависимость выходной мощности от частоты, что более четко характеризует реальные частотные возможности усилителя.

Качественные показатели современных усилителей по основным параметрам превосходят нормы DIN 45500, приведенные в таблице. В частности, имеет место тенденция к повышению номинальной выходной мощности усилителей. Это объясняется следующими обстоятельствами. Динамический диапазон такого распространенного объекта звукозаписи, как симфонический оркестр, с учетом фона зрительного зала превосходит обычно 50 дБ. Однако звуки максимальной интенсивности бывают редкими и кратковременными. Чтобы обеспечить неискаженное воспроизведение фортиссимо большого симфонического оркестра, который способен развить мощность около 70 акустических ватт, нужно создать усилитель с большим запасом мощности. Если принять КПД акустической системы, равным 5%, потребуется электрическая мощность 1,4 кВт.

Очевидно, что в жилых домах нецелесообразно воспроизводить звучание симфонического оркестра с громкостью, эквивалентной уровню звука в первых рядах концертного зала, хотя технически это вполне возможно. Практически достаточно, если звуковоспроизводящая стереосистема бытового применения имеет электрическую выходную номинальную мощность в каждом канале, равную 6 Вт.

Потребность в увеличении выходных мощностей усилителей возникла также в связи с тенденцией к миниатюризации акустических систем. Сильное акустическое демпфирование с целью выравнивания частотной характеристики системы уменьшает ее отдачу. Для компенсации потерь повышают подводимую электрическую мощность.

Существенный параметр усилителя — фактор электрического демпфирования громкоговорителей акустической системы — уменьшается при снижении выходного сопротивления усилителя, то есть с увеличением его выходной мощности. Следовательно, для улучшения электрического демпфирования громкоговорителей целесообразно применение усилителя с мощностью, которая не будет полностью использоваться.

Наряду с ростом выходной мощности наблюдается тенденция к расширению полосы пропускаемых частот. Различные фирмы выпускают усилители с верхней границей полосы 40—50 и даже 100 кГц. Некоторое расширение полосы пропускания за пределы диапазона чувствительности уха повышает стабильность действия обратной связи в диапазоне воспринимаемых частот и способствует улучшению воспроизведения коротких звуков.

Из числа других характеристик усилителя, предусмотренных нормами DIN, заслуживает внимания коэффициент взаимомодуляции, характеризующий в определенной мере влияние нелинейности усилительного тракта на амплитудную модуляцию верхних частот нижними при одновременной их подаче на вход. Взаимомодуляция часто более заметна на слух, чем нелинейные искажения, причем если коэффициент нелинейных искажений усилителя приемлем, то это еще не гарантирует достижение достаточно удовлетворительного значения коэффициента взаимомодуляции. В нормах DIN предусмотрено измерение последнего путем подачи на вход усилителя колебаний с частотами 250 Гц и 8 кГц с соотношением по напряжению 4:1. Выделяя фильтром на выходе верхнюю частоту; по степени ее модуляции судят о коэффициенте взаимомодуляции.

Некоторые усилители имеют электронные устройства, предотвращающие выход из строя оконечных каскадов при случайных перегрузках и коротком замыкании. С целью повышения надежности усилителей используют кремниевые транзисторы и интегральные схемы.

В качестве примера на рис. 2 приведена принципиальная схема отвечающего нормам DIN 45500 усилителя Dual CV-20. Это, пожалуй, один из наиболее простых усилителей класса Hi-Fi: в нем нет отключаемых фильтров нижних и верхних частот, он не дает возможности осуществлять мониторинг. На рисунке: R39—регулятор стереобаланса; R40— регулятор громкости; R41, R42 — регуляторы тембра; В1 — переключатель рода работы; В2 — выключатель, запараллеливаю-щий левый и правый каналы; В3— переключатель тонкоррекции регулятора громкости; В4—выключатель питания; В5 — переключатель напряжения сети.