УСИЛИТЕЛИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

 

УСИЛИТЕЛИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

В обычном представлении низкочастотный усилитрль представляет собой устройство, которое повышает напряже­ние, ток или мощность низкочастотных электрических сиг­налов. Существуют разные мнения относительно диапазона частот низкочастотных сигналов, однако для устройств, опи­санных в данной книге, выбран диапазон частот, воспринимае­мый человеком, т. е. от 5 Гц до 15 кГц.

Радиолюбитель может найти усилители низкой частоты (УНЧ), как части других устройств, описанных в разных гла­вах данной книги. То, что он узнает о низкочастотных схе­мах в этой главе, может помочь ему в дальнейшем при изу­чении, модификации и усовершенствовании других устройств.

 

8.1. Наиболее общая проблема, связанная с УНИ низкой частоты

Разработчики электронных устройств, начинающие ра­диолюбители, а вместе с ними и опытные специалисты по электронике часто сталкиваются с проблемой самовозбуж­дения усилителей низкой частоты (УНЧ).

Многие радиолюбители хорошо знают, что происходит при оборудовании какого-либо помещения акустической системой. После подключения всех микрофонов и громкоговорителей к электронному усилителю, включения его и поворота регуля­тора усиления раздается пронзительный звук, т. е. усилитель переходит в автоколебательный режим в результате возник­новения обратной связи.

Это явление характерно не только для акустических си­стем в больших аудиториях, но и может возникать в неболь­ших устройствах, собираемых радиолюбителем. Что ка­сается акустических систем, то в них самовозбуждение возни­кает в результате того, что звук частично попадает в микро­фон, усиливается и поступает с более высокой мощностью в громкоговоритель. Далее этот же звук снова попадает в микрофон, еще более усиливается и опять с еще большей мощностью направляется в громкоговоритель. Таким обра­зом сигнал многократно усиливается, что приводит к возник­новению пронзительных звуков,

Для исключения подобной обратной связи существуют два способа.
Один из них заключается в снижении коэффициента усиления УНЧ, что понижает звучание громкоговори­теля до уровня, не влияющего на работу микрофона. Другим способом является такое изменение взаимного положения микрофона и громкоговорителя, при котором звук из громко­говорителя не попадает в микрофон. В обоих случаях основ­пая идея заключается в том, чтобы прервать обратную связь, вызывающую самовозбуждение усилителя.

Аналогичная проблема может возникнуть у радиолюбите­ля при сборке небольших усилительных устройств. Если ми-крофон будет находиться слишком близко к громкоговорите­лю или если коэффициент усиления усилителя будет выбран слишком большим, то может возникнуть тот же пронзитель­ный звук.

Однако практически самовозбуждение усилителя возникает не только при подключении к нему микрофона или громкого­ворителя. Оно может также создаваться и самой проводкой усилителя. В этом случае принцип самовозбуждения тот же, но источник его уже другой.

Внутрисхемное самовозбуждение создает иногда высоко­тональные звуки, но часто они имеют характер стрекотания, и похожи на звуки, возникающие при работе двигателя мо­торной лодки, т. е. низкочастотные пульсации.

Одной из самых общих причин внутрисхемного самовоз­Суждения является низкая мощность источника питания. Ра« диолюбитель, должно быть, заметил, что портативные радио­приемники начинают издавать пронзительные звуки как раз перед полной разрядкой батарей.

Другой возможной причиной внутрисхемного самовозбуж­дения является использование слишком длинных проводни­ков. При этом колебания, создаваемые проводником, по ко­торому проходит низкочастотный сигнал, могут попадать че­рез воздушный зазор на более чувствительные элементы схемы. В результате возникает обратная связь, вызывающая автоколебания в усилителе.

Однако существуют случаи, когда приходится использо­вать в услителях длинные проводники, например для под­ключения к усилителю дистанционно-устанавливаемого микро­фона.


Если такой длинный проводник вызывает самовозбуж­дение, его надо заменить на экранированный провод. Именно поэтому в продаваемых акустических системах микрофонные провода имеют обычно металлическую экранировку.

Усилители, рассматриваемые в данной главе, сконструи­рованы таким образом, чтобы уменьшить возможность воз­никновения внутрисхемного самовозбуждения. Но даже с уче­том этого радиолюбитель может все же столкнуться о воз­буждением схем. В этом случае следует изменить взаимное расположение микрофона, и громкоговорителя. Если такая мера не помогает, необходимо насколько можно укоротить длинные проводники. И уж если это тоже не дает эффекта, то следует последовательно перебрать все проводники, пока не будет найден один или два проводника, перемещение ко­торых влияет на тон или громкость автоколебаний. Тогда устранение самовозбуждения достигается путем изменения длины или положения этих проводников.

 

8.2. Усилитель низкой частоты общего назначения

Для радиолюбителя, увлекающегося усилительными схе­мами, будет полезен маломощный УНЧ. Схема, показанная на рис. 8.1, может быть собрана в виде небольшого блока, а собственный источник питания напряжением 9 В обеспечи­вает его портативность.



Рис. 8.1. Усилитель низкой частоты общего назначения.

ИС1 — УНЧ типа LM386; Д1 — светодиод с красным свечением; R1 — резистор 330 Ом, 0.25 Вт; R2 — потенциометр 50 кОм; C1 — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С2 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С% — электролитический конден­сатор 10 мкФ, 35 В.

Этот усилитель может заменить усилительные схемы, ис­пользуемые в других устройствах, которые описаны в данной книге. Наличие такого усилителя поможет сэкономить время и трудозатраты при сборке макета какого-либо звукового устройства. После полной отработки макета портативный усилитель можно заменить внутренней усилительной схемой.

Очевидно, что радиолюбитель должен сначала собрать макет усилителя и проверить его, прежде чем приступать к изготовлению окончательных вариантов платы и корпуса.


Дяя проверки усилителя необходимо к выводам «Вход» под­ключить микрофон, а к выводам «Низкочастотный выход» — громкоговоритель. Далее включается питание и регулятор усиления поворачивается по часовой стрелке. Если усилитель работает нормально, то при размещении микрофона перед громкоговорителем возникает пронзительный звук, так как при этом искусственно создается обратная связь.

Чем крупнее громкоговоритель, тем выше качество воспро­изведения звука. Если радиолюбитель использует небольшой громкоговоритель диаметром 50 мм, то звук его голоса будет искажаться. Поэтому при воспроизведении голосов и музыки следует воспользоваться более крупным громкоговорителем. Вместе с тем небольшой громкоговоритель вполне годится для средств охранной сигнализации и создания различных звуковых эффектов.

Следует заметить, что в усилителе имеется индикатор в виде светодиода, зажигание которого указывает на включе­ние электропитания. Без такого индикатора радиолюбитель может забыть о том, что усилитель включен, и в результате батареи могут полностью разрядиться.

 

8.3. Выходной усилитель для кассетных магнитофонов

В большинстве серийно выпускаемых кассетных магнито­фонов возникает ряд существенных проблем при попытке воспроизводить звук с более высокой, чем предусмотрено в нем, громкостью. В частности, при полном повороте регуля­тора громкости происходят сильные и неприятные на слух искажения звука. При этом голос говорящего или поющего звучит так, будто его рот набит ватой.

Один из способов исключения подобных явлений заклю­чается в подключении гнезда «Головной телефон» в магнито­фоне к внешнему усилителю, например уже описанному ранее (см. рис. 8.1). При этом регулятор громкости магнитофона выводится на уровень, не дающий искажений, а внешний усилитель обеспечивает дополнительное усиление звука. Ра­диолюбитель в этом случае может использовать более круп­ные громкоговорители для улучшения качества звучания.

Единственной проблемой при таком способе является под­бор штеккера, который подходил бы к гнезду головного те­лефона (наушникам) магнитофона.


Эту проблему можно ре­шить, пожертвовав головным телефоном, который придается комплекту магнитофона. У провода головного телефона отре­зается штеккер, оголяются два его проводника, которые под­соединяются к входным выводам внешнего усилителя, а штек­кер вводится в гнездо магнитофона.

Теперь радиолюбитель может слушать более громкое не­искаженное звучание своего небольшого кассетного магни­тофона. К тому же усилителю на рис. 8.1 могут параллельно подключаться два громкоговорителя с сопротивлением 8 Ом, которые можно размещать раздельно вдали от магнитофона.

Вместе с тем радиолюбитель столкнется с одним неприят­ным явлением, которое практически невозможно устранить, Поскольку бытовые магнитофоны обычно рассчитаны на от«

носительно невысокие уровни выходной мощности, их изго­товители не уделяют достаточно внимания устранению ши­пения, возникающего при протяжке магнитной ленты. По­этому радиолюбитель будет слышать чуть более громкое ши­пение при подключении внешнего усилителя. К сожалению, для устранения этого явления мало что можно сделать.



Рис. 8.2. Принципиальная схема стереофонического усилителя мощности.

ИС1, ИС2 — УНЧ типа LM386; Ri, R2 — потенциометр 500 кОм; ?„ С2 — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С3, С4 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С6 — электрвлитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Гр1, Гр2 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

Если у радиолюбителя есть кассетный стереомагнитофон, то его может заинтересовать изготовление двухканального стереофонического внешнего усилителя. Такая задача сводится к простому изготовлению двух одинаковых усилителей, как показано на рис. 8.2.



Рис. 8.3. Простой источник питания для усилителя низкой частоты.

MB1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 А; Тр1 — силовой трансформатор с выходным напряжением 6,3 В при токе 1,2 A; С1 — электролитический конденсатор 1000 мкФ, 35 В.

Так как стереофонический головной телефон (наушники) сравнительно дорого стоит, радиолюбитель, вероятно, не за­хочет им жертвовать ради того, чтобы получить нужный штеккер для ввода в гнездо наушников магнитофона.


Поэто­ му он должен найти подходящий штеккер и подпаять его самостоятельно,

При использовании двух УН4 вместо одного срок служ­бы батарей существенно сокращается. Так, 9-вольтная бата­рея будет работать всего несколько часов, ко, возможно, ра­диолюбитель будет пользоваться батареями только на про­гулке с магнитофоном. На рис. 8.3 показан простой источник питания, который всегда можно применить вместо батарей при наличии электросети.

 

8.4. Низковольтный усилитель с выходкой мощностью 4 Вт для акустических систем



Рис. 8.4. Принципиальная схема усилителя с выходной мощностью 4 Вт.

ИС1, ИС2 — УНЧ типа LM386; Rt — потенциометр 500 кОм; Мк. — высокоимпедансный микрофон; Гр — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом и мощностью более 3 Вт.

Если радиолюбитель хочет иметь портативный усилитель для акустической системы, то он должен изготовить его макет и посмотреть, подходит ли он ему. Этот усилитель имеет недо­статочную мощность для того, чтобы выбить стекла, но с его помощью можно отпугивать голубей в парке.

Как рекомендуется в спецификации к рис. 8.4, усилитель может питаться от батареи напряжением 9 В. Однако при использовании 6-вольтной батареи от карманного фонаря можно обеспечить более длительную работу. При включении усилителя дома вполне подходит источник питания, показан­ный на рис. 8.3.

 

8.5. Трехканальный низкочастотный микшер

Низкочастотный микшер представляет собой устройство, Которое суммирует два или более низкочастотных сигналов. Принцип действия микшера заключается в комбинировании низкочастотных сигналов таким образом, чтобы создать впе­чатление, что они вырабатываются одним источникам.

Описанный в данном разделе микшер имеет три входных канала и один выходной канал и может использоваться для суммирования до трех различных низкочастотных сигналов от разных устройств.

Одним из самых распространенных применений низкоча­стотных микшеров является суммирование выходных сигна­лов нескольких микрофонов, их усиление и воспроизведение в виде одного общего сигнала.


Например, при игре неболь­шого вокально- инструментального ансамбля или оркестра могут использоваться несколько микрофонов, устанавлива­емых в разных точках. При этом звукооператор производит контроль сигналов и их смешивание в нужных сочетаниях, создавая такие эффекты, как выделение отдельных инстру­ментов на фоне игры других инструментов. Как можно оп­ределить такие сочетания? Если посмотреть на схему трехка-нального микшера на рис. 8.5, то можно увидеть раздельные регуляторы усиления в каждом канале. Именно с их помо­щью подбираются различные нужные сочетания звучания му-зыкальных инструментов.



Рис. 8.5. Принципиальная схема простого трехканального микшера.

ИС, — УНЧ типа LM3900; R1-R3 — потенциометр 500 кОм; R4 — R6, R13 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R7 — R12, R14 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; C1 — С6 — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С7 — конденсатор электролитический 10 мкФ, 35 В; С8 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В.

Однако радиолюбителю может не понадобиться смешива­ние звуков музыкальных инструментов. Тогда микшер мо­жет ему пригодиться для наложения нескольких интересных записей на магнитофонную ленту. Допустим, что один канал микшера подключается к электрофону, другой канал — к ми­крофону, а третий канал не используется и регулятор усиле­ния в нем выводится на нуль. После этого выход микшера соединяется с дополнительным входом магнитофона. Теперь можно на музыку, записываемую с грампластинки электро­фона, накладывать собственный речевой текст, скажем рас­сказ о записываемой мелодии, звуковое письмо друзьям с музыкальным оформлением или собственную радиопьесу. В последнем случае можно использовать третий канал для введения в запись различных звуковых эффектов. Можно также пометить начало второй записи в одном канале, посте­пенно приглушить первую запись с помощью плавного вы­вода регулятора усиления, а затем постепенно ввести вторую запись путем плавного увеличения усиления. Такие манипу­ляции дают бесконечные возможности для выполнения раз­личных записей.



Если у радиолюбителя имеются два магнитофона, то мик­шер позволяет производить смешивание и синтезирование низкочастотных сигналов. В результате возможно исполне­ние одним человеком дуэтов или мелодий на три и четыре голоса. При этом сначала мелодия записывается на один магнитофон, а затем она воспроизводится через один из каналов микшера при одновременном исполнении этой же мелодии через его второй канал, и таким образом получается дуэт. Исполнение на три голоса получается при одновремен­ном воспроизведении исполнения дуэтом в одном канале и проигрывании мелодии во втором канале.

Такие записи с наложением могут производиться много­кратно, При этом возможное количество накладываемых записей зависит лишь от качества магнитофонов, поскольку можно заметить, что каждая последующая запись получает­ся с несколько худшим качеством, чем предыдущая. В ко­нечном итоге нарастающие искажения могут привести к ис­чезновению самых первых записей, но все же такой процесс записи весьма увлекателен.

Выход микшера можно подключать к УНЧ (например, на рис. 8.1), к высококачественной акустической системе или к дополнительному входу магнитофона, а к трем его входным каналам могут подсоединяться источники с невысокой гром­костью звука, в том числе бытовая звуковоспроизводящая техника или микрофоны (предпочтительно с высоким импе­дансом). Для пользования микшером потребуется определен­ная тренировка и приобретение навыков путем эксперименти­рования. Поэтому не стоит слишком расстраиваться, если пер­вые попытки не дадут желаемых результатов.

 

8.6. Высокочувствительное устройство

Высокочувствительные устройства могут оказаться весьма забавными игрушками. Их можно использовать также в на­учных целях, например для записи на магнитофон обычно едва различимых звуков.

Устройство, показанное на рис. 8.6, представляет собой довольно высокочувствительный УНЧ. Обязательность ис­пользования в таком устройстве головного телефона (науш­ников) обусловлена двумя причинами.


Во-первых, они помо­ гают устранить внешние звуки, которые создают помехи прослушиванию звуков в усилителе. Во-вторых, применение наушников вместо обычного громкоговорителя исключает воз­можность возникновения акустической обратной связи, вли­яние которой описано в разд. 8.1. Этот усилитель настолько чувствителен, что малейшие звуки на его выходе могут вос­приниматься микрофоном и вызывать самовозбуждение.

Теперь о некоторых предупреждениях, которые необходи­мы в силу слишком высокой чувствительности усилителя. При мощности 1 Вт сигнал обратной связи, попадающий че­рез головной телефон непосредственно в уши, является нэ только неприятным, но и потенциально опасным. Поэтому сле­дует остерегаться, например, падения микрофона, но особен­но возникновения обратной связи.

Самый безопасный способ работы с таким усилителем — выключить головной телефон, пока производятся какие-либо подготовительные и регулировочные операции, в том числе включение и выключение питания, вращение регулятора гром­кости и перенос микрофона с места на место. При этих опера­циях для исключения возникновения обратной связи оба на­ушника следует прижать друг к другу. Надевать и снимать наушники следует быстро и одновременно.



Рис. 8.6. Усилитель низкой частоты.

ИC1— четырехканальный операционный усилитель типа LM3900; ИС2 — УНЧ LM386; R, — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R2 — резистор 1 МОм 0,25 Bт; R3 — 470 КОМ, 0,25 Вт; R4 — потенциометр 500 кОм; R5 — резистор 10 Ом. 0,25 Вт; С1, С2 — конденсатор 0,1 мкФ, 50 В; С3, Се — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С4, С6 — электролитический конденсатор 0,01 мкФ, 50 В; Мк — кристаллический микрофон.



Рис. 8.7. Индикатор уровня громкости на светодиодах.

Д1—Д10 — любой стандартный еветодиод: ИC1 — схема управления точечным или сегментным индикатором типа LM3914; R1 — потенциометр 500 кОм; R2 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; C1 — конденсатор 0,47 мкФ.

В качестве источника питания следует использовать 9-вольтную батарею, как показано на схеме, поскольку боль­шинство сетевых источников питания создает фон с частотой 100 Гц, который будет мешать при воспроизведении звуков.


Для выполнения записей на магнитофон выход усилителя включается через собственный штеккер в гнездо дополнитель­ного входа магнитофона.

Данный усилитель можно также использовать с направ­ленным микрофоном, с помощью которого улавливаются удаленные звуковые источники, например крики футболистов на футбольном поле. Для этого микрофон можно разместить в фокусе большого параболического или иного звукового отражателя или на входе мегафона. При этом способ при­менения особого значения не имеет, поскольку главным яв­ляется фокусирование звуковых колебаний в точку, где на­ходится микрофон. Такой хорошо сфокусированный направ­ленный микрофон может удивить радиолюбителя своей высокой избирательностью.

 

8.7. Индикатор уровня громкости на светодиодах

В звуковоспроизводящей аппаратуре высокого качества обычно имеется индикатор уровня громкости того или иного типа, который показывает амплитуду звукового сигнала при записи или воспроизведении.

Традиционно в качестве такого индикатора использовался стрелочный прибор, однако в последнее время его все чаще изготовляют на светодиодах. Такой индикатор не является измерительным прибором, поскольку не предусматривается возможность его калибровки с помощью стандартной изме­рительной аппаратуры. Но в целом он обеспечивает выпол­нение необходимой функции — показывает уровень громкости.

Макет устройства, выполненного по схеме на рис. 8.7, подключается к выводам громкоговорителя любого УНЧ. Для выбора необходимой амплитуды звукового сигнала исполь­зуется регулятор чувствительности, который устанавливается так, чтобы при самой высокой громкости светодиод Д10 едва зажигался. При этом светодиоды будут включаться в зави­симости от амплитуды звукового сигнала, причем чем выше амплитуда, тем больше включается светодиодов, вплоть до Дю. Можно также попробовать подключить вывод 9 ИС1 к отрица­тельной клемме источника питания. При этом характер работы индикатора несколько изменится, что вызовет интерес радио­любителя.

В любом случае он получит в свое распоряжение нечто вроде цифрового индикатора уровня громкости, который расширит возможности изготавливаемой акустической систе­мы. Индикатор может питаться от источника напряжения ,12 В, описанного, в гл. 2.

 


Содержание раздела

---