Главная Контакт Ссылки
Трехполосный усилитель Версия для печати
Написал А.Чантурия   
понедельник, 22 Сентябрь 2003

Применение электронных разделительных фильтров канале предварительной обработки сигнала усилителя мощности — одно из эффективных средств улучшения качества звуковоспроизведения. По сравнению с однополосным усилителем с частотным разделением спектра с помощью LC-фмльтров на выходе мощного усилителя, многополосное усиление позволяет уменьшить интермодуляционные искажения, получить линейную АЧХ по звуковому давлению путем взаимно независимой регулировки усиления в каждом частотном канале, добиться высокой крутизны разделения частотного спектра, упростить регулировку АЧХ по звуковому давлению при замене динамических головок и получить ряд других преимуществ, о которых подробно рассказано в статье Валентина и Виктора Лексиных «Однополосный или многополосный?» (см. «Радио». 1980, № 4, с. 35—38).

К сказанному в этой статье следует только добавить наличие психофизиологического эффекта маскирования продуктов нелинейных искажений канала НЧ при отсутствии их в каналах СЧ и ВЧ, что особенно сильно проявляется при воспроизведении сигналов больших уровней. Указанными преимуществами в полной мере обладает описываемый здесь трехполосный усилитель.

Довольно простыми средствами автору удалось построить усилитель, обладающий широким диапазоном усиливаемых частот, небольшим уровнем шумов и нелинейных искажений, хорошей АЧХ. Получить такие параметры в однополосном усилителе равной степени сложности, безусловно, было бы затруднительно. Кстати, конструктор реализовал и еще одно преимущество трехполосного усилителя: возможность непосредственного подключения к его выходу простой цветомузыкальной приставки.

Вниманию читателей предлагается трехполосный стереофонический усилитель с частотами раздела 400 и 4000 Гц. При таком выборе частоты раздела мощности, воспроизводимые усилителями низкочастотной (20...400 Гц) и среднечастотной (400...4 000 Гц) областей спектра, оказываются одинаковыми, мощность же высокочастотной части спектра (выше 4000 Гц) Составляет 20% общей мощности. В результате возникает возможность усилители низких и средних частот выполнить по идентичным схемам, а для усиления высших частот использовать маломощный усилитель, большую часть времени работающий в режиме А, обеспечивающем наименьшие нелинейные искажения, что и реализовано в описываемой конструкции.

Основные технические характеристики усилителя:
Чувствительность, мВ 150
Мощность, Вт, канала:
НЧ, СЧ при сопротивлении нагрузки 8 Ом 14
ВЧ при сопротивлении нагрузки 16 Ом 5
Номинальный диапазон частот, Гц, при неравномерности АЧХ ±3 дБ 20...200000
Коэффициент гармоник, %, при выходной мощности 4 Вт на частоте, Гц:
100 0,4
1000 0,7
10000 0,4
20000 0,5
Относительный уровень шума и фона канала, дБ:  
НЧ -90
СЧ, ВЧ -80
Переходное затухание между каналами, дБ на частоте, Гц:  
1000 70
20000 50
   
Рис. 1
Рис. 1

Принципиальная схема блока фильтров одного из каналов трехполосного стереоусилителя приведена на рис. 1. Входной сигнал через одни из выключателей S1 — S3, разделительный конденсатор С1 и ступенчатый регулятор уровня S4 (при размыкании его контактов громкость скачком понижается в несколько раз) поступает на плавный регулятор громкости R2 и далее на первую пару параллельно включенных разделительных фильтров C2R3C3R4C4R5 и R7C6R8C7R9C8. Первый из них пропускает составляющие частотой выше 400 Гц, второй — составляющие, частота которых лежит ниже этого значения. Высокочастотные составляющие сигнала усиливаются транзистором V1, а низкочастотные — V2. Первые поступают далее на следующую пару фильтров с частотой раздела 4000 Гц, а вторые — на регулятор уровня низших частот (НЧ) - переменный резистор R12. Фильтр C16R18C17R19C18R20 пропускает высшие частоты (выше 4000 Гц), а фильтр R13C11R14C12R15C13 - средние (400...4000 Гц). Эмиттерные повторители на транзисторах V3 V4 служат для согласования высокого сопротивления фильтров с низким входным сопротивлением усилителей мощности. Переменными резисторами R23, R24 регулируют усиление соответственно на средних (СЧ) и высших (ВЧ) частотах.

Рис. 2
Рис. 2
Рис. 2
Рис. 2

Принципиальная схема одного из каналов трехполосного усилителя мощности показана на рис. 2. Усилитель напряжения ВЧ выполнен на ОУ A1, а СЧ и НЧ - на ОУ A2, A3. Выходные каскады усилителя мощности выполнены на комплементарных парах транзисторов V7, V8 и V13, V14 (ВЧ); V9, V10 и V15, V16 (СЧ) и V11, V12 и V17, V18 (НЧ). Схемы двух последних усилителей практически идентичны и отличаются только тем, что усилитель мощности НЧ охвачен ПОС по току [1]. Сигнал ПОС выделяется на резисторах R46, R10 и через резистор R9 поступает на неинвертирующий вход ОУ A3. С помощью переключателей S1—S3 к выходам усилителей могут подключаться громкоговорители B1—В3, лампы встроенного цвстомузыкального устройства H1—Н3 и стереотелефоны. При желании к выходам усилителей можно подключить и мощное внешнее ЦМУ.

Рис. 3
Рис. 3

Блок питания (рис. 3) усилителя — двуполярный с защитой от перегрузок.

С помощью переключателя S2 порог срабатывании устройства защиты может быть установлен на уровне 1 и 3 А. Напряжение ± 18 B используется для питания транзисторов выходных каскадов усилителей мощности, а ± 12 В — для питания микросхемы A1. Блок фильтров (рис. 1) питается от маломощного стабилизатора на транзисторе V8.

Конструкция к детали. В усилителе применены постоянные резисторы МЛТ, переменные резисторы группы В, электролитические конденсаторы К50-6; конденсаторы разделительных фильтров — БМ-2 и БМТ-2. остальные могут быть любого типа. Следует подчеркнуть, что номиналы элементов разделительных фильтров могут быть и иными, чем указаны на рис. 1 [2]. Важно только, чтобы активное сопротивление в цепях затворов транзисторов V1 и V2 не превышало 1,5 мОм. а в цепях баз транзисторов V3, V4 — 100... 120 кОм.

Трансформатор блока питания выполнен па тороидальном магнитопроводе внешним диаметром 115, внутренним 60 и высотой 40 мм. Его первичная обмотка содержит 880 витков провода ПЭЛ 0,6 с отводом от 510-го витка, вторичная — 2x70 витков провода ПЭЛ 1,5. Дроссель L1 (1000 витков провода ПЭЛ 0,17) намотан на Ш-образном магнитопроводе сечением 1 см2. Его можно намотать и на любом другом подходящем по сечению магнитопроводе, в также другим проводом, важно только, чтобы сопротивление обмотки не превышало 100...120 Ом, а индуктивность была возможно большей.

Детали усилителей (все, кроме транзисторов выходных каскадов) смонтированы на печатных платах, размешенных в металлическом корпусе размерами 358x247x72 мм. Его боковые и нижняя стенки изготовлены из листового дюралюминия толщиной 4 мм, верхняя — из того же материала толщиной 2 мм. Задняя стенка размерами 350x36x65 мм представляет собой ребристый теплоотвод (толщина ребра — 2 мм, расстояние между соседними ребрами — 4 мм, глубина фрезерования — 30 мм), с гладкой внутренней стороны которого закреплены транзисторы выходных каскадов полосных усилителей НЧ и СЧ. Для крепления транзисторов на теплоотводе имеются 8 отверстий с резьбой М3 (шаг 40 мм), размешенных на одинаковом расстоянии от верхней и нижней плоскостей теплоотвода. Под головки крепежных винтов подложены прокладки (размеры 14x10 мм) из дюралюминия толщиной 3 мм, к которым эпоксидной смолой приклеены диоды цепей стабилизации тока покоя транзисторов выходных каскадов. Для изоляции транзисторов от теплоотвода использованы прокладки из слюды толщиной 0,06 мм.

Аналогично с внутренней стороны днища корпуса закреплены транзисторы выходных каскадов полосного усилителя ВЧ. Шаг отверстий под крепежные винты и расстояние до первого из них от правой боковой стенки — 35 мм, от передней — 170 мм. На таком же расстоянии от передней стенки ив внутренней стороне днища (в 140 мм от левой боковой стенки) установлен транзистор V22 блока питания, а в средней части левой стенки — транзистор этого блока V15. От корпуса эти транзисторы изолированы прокладками из тонкой бумаги, пропитанной эпоксидной смолой. Для улучшения отвода тепла в днище и верхней стенке корпуса имеются перфорационные отверстия. В днище их 300 (диаметр 6 мм, занимаемая ими площадь 280x90 мм2, расстояние крайнего ряда от передней стенки — 40 мм), в верхней стенке — 600 (диаметр — 3,3 мм, площадь — 280X65 мм2, расстояние до края теплоотвода — 50 мм).

Для уменьшения нелинейных искажений пары транзисторов выходных каскадов рекомендуется подобрать по статическому коэффициенту передачи тока h21э с отклонением не более ± 10% (ВЧ канал) и ± 20% (остальные каналы). Диоды КД103 можно заменить другими миниатюрными кремниевыми диодами, например, серий КД102-КД104. КД520 - КД522.

Громкоговорители выполнены в виде фазоинверторов. В каждом из них установлены одна низкочастотная головка 6ГД-2, две среднечастотиые головки 4ГД-38Е и две высокочастотные — 2ГД-36. Звуковые катушки средне- и высокочастотных головок соединены последовательно.

Корпус каждого из громкоговорителей изготовлен из древесностружечной плиты толщиной 20 мм. Наружные размеры — 320x240x500 мм. Передняя панель утоплена на 10 мм (в образованное углубление устанавливается рамка с декоративной тканью). Низкочастотная головка укреплена на панели изнутри, все остальные снаружи. Отверстие для низкочастотной головки расположено на вертикальной оси симметрии передней панели на расстоянии 130 мм от нижней стенки корпуса, отверстия средне- и высокочастотных головок — симметрично относительно этой оси (каждая пара — на одном уровне) на расстояниях соответственно 310 и 420 мм от той же стенки и 130 и 165 мм друг от друга.

Среднечастотные головки изолированы от остального объема корпуса колпаком в виде полуцилиндра диаметром 130 мм, согнутою из дюралюминия толщиной 0,5 мм. Полуоснования колпака изготовлены из пенопласта толщиной 15 мм. Места соединений герметизированы клеем ПВД и пластилином. Все стенки, кроме передней, выложены уплотненным (толщиной примерно 30 мм) слоем ваты, прижатой к ним пластмассовой сеткой.

Туннель фазоинвертора — тонкостенная (1,5 мм) картонная труба внутренним диаметром 45 и длиной 150 мм. Отверстие под него расположено в верхней части передней панели, между высокочастотными головками. Частота настройки фазоннвертора 30 Гц.

Все соединения деталей корпуса друг с другом, а также места крепления головок и туннели фазоинвертора герметизированы пластилином. Между передней панелью и корпусом проложена микропористая резина.

Налаживание усилителя начинают с проверки прохождения сигнала через разделительные фильтры. Для этого на вход блока фильтров подают сигналы частотой 200, 2000 и 10000Гц и напряжением 200 мВ и измеряют напряжение на соответствующих регуляторах уровня, которое должно быть не менее 800 мВ. В противном случае необходимо подобрать полевые транзисторы V1, V2 с большей крутизной. Затем, установив переключатель тока срабатывания защиты S2 в положение «1 А», приступают к настройке усилителей мощности. Вначале подбором резистора R14 устанавливают ток покоя выходного каскада ВЧ, равным 100 мА. Далее, подбирая резистор R3, добиваются минимального постоянного напряжения на выходе этого каскада (0,1...0,2 В). Затем подстроечными резисторами R11 и К12 устанавливают нулевое напряжение на выходах усилителей СЧ и НЧ. Ток покоя их выходных каскадов устанавливать не нужно, поскольку они работают в режиме В.

В заключение регулируют АЧХ усилителя мощности. Для этого на вход блока фильтров подают сигнал частотой 200 Гц н напряжением 100 мВ и подбором резистора цепи обратной связи R7 (рис. 2) устанавливают на эквиваленте нагрузки напряжение 10,5 В. Аналогично на частотах 2 и 10 кГц подбором резисторов R2 и R4 на эквиваленте нагрузки усилителя СЧ устанавливают напряжение 10,5 В, а на эквиваленте нагрузки усилителя ВЧ — 9 В.

Глубину ПОС подбирают после подключения громкоговорителей. С этой целью движок подстроечного резистора R10 (его желательно смонтировать на плате усилителя НЧ) ставят в крайнее нижнее (по схеме) положение, а регуляторами уровня R24 и R23 (рис. 1) устанавливают минимальное усиление каналов СЧ и ВЧ. Затем, подав на вход усилителя музыкальный сигнал (желательное преобладанием басовых звуков) и постепенно перемешая движок резистора R10) вверх (также по схеме), устанавливают глубину ПОС по наилучшему воспроизведению низших звуковых частот.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Митрофанов С. Усилитель с ЭМОС на интегральных микросхемах. — Радио, 1976. №6 с. 32—33.
  2. Терещук Р. М. и др. Справочник радиолюбителя. — Киев. Техника. 1971, с. 222.

Радио №№ 5-6 1981г.

< Пред.   След. >
up Главная | Новости | Усилители мощности | Предусилители | Акустика | Источники сигнала | FAQ | Форум | Карта сайта up
 

Mambo is Free Software released under the GNU/GPL License.