Материал: МРБ 1109.(1986).[doc]

Рис. 63. Принципиальная схема квадрапреобразователя на ОУ с фазовращателем в суммарно-разностной матрицей

Принципиальная схема такого квадралреобразователя показана на рие. 63. Каждый его канал состоит из входного каскада (микросхемы DAI, DA2), дис­персионного фазовращателя (DA3, DA4), резистивной матрицы, обеспечивающей разностные преобразования сигналов (R5, R8, Rll, R12, R15, R16) и выходного-дисперсионного фазовращателя (DA5, DA6). Сигналы для тыловых громкого­ворителей формируются из разностных сигналов левого (Л) и право­го (П) каналов для обычной стереофонической системы. Эти сигналы, проходя через дисперсионные фазовращатели, приобретают частотно-зависимый фазо­вый сдвиг, что создает известную задержку сигнала и имитирует реверберацию зала. Обычно такой преобразователь включается между нормирующими усилителями и усилителем мощности.

Квадрапреобразователь смонтирован на унифицированной монтажной пла­те с использованием резисторов МЛТ-0,25, конденсаторов КМ-6, K53-l. Вместо микросхем К153УД2 можно использовать ОУ типов К.140УД7, К153УД1 и дру­гие с соответствующими цепями коррекции.

Налаживание его заключается в следующем. Параллельно резистору R17 подключают милливольтметр переменного тока. Со звукового генератора пода­ют сигнал с частотой 1 кГц и уровнем 0,8 В сначала на вход П, затем на вход Л. В первом случае напряжение на R17 должно быть около 25 мВ, во втором — около 130 мВ. После этого милливольтметр подключают к выходу Л — П и проделывают аналогичные измерения. При подаче сигнала на вход П выходное напряжение должно быть около 140 мВ, при подаче на вход Л — около 0,8 В. Аналогично проверяют работу другого канала. Разбаланс выходных сиг­налов более 2 дБ устраняют подбором резистора R15 или R16.

Простой квадрапреобразователь на транзисторах (рис. 64). Он имеет сле­дующие основные технические характеристики:

Входное напряжение:

номинальное............ 0,8 В

максимальное............ 2В

Выходное напряжение:

номинальное............ 0,8 В

максимальное............ 2В

Входное сопротивление . ...... . 20 кОм

Номинальный диапазон частот........ 40... 18000 Гц

Коэффициент гармоник.......... 0,5%

Отношение сигнал-шум (невзвешенное)...... 80 дБ

Напряжение питания........... 24 В

Ток потребления............ 20 мА

Квазиквадрафонические матричные системы SQ, QS, ABC позволяют легко расширить возможности имеющихся сервоусилителей. Для этого между пре-дусилителем и оконечным каскадом необходимо подключить несложный квад­рапреобразователь — декодер и ввеети в устройство два дополнительных уси­лителя мощности.

На рис. 64,а показана несложная схема квадрапреобразозателя для систем SQ и QS, состоящего из входных каскадов фазовращателей (на транзисторах VT1 — VT4), согласующих (VT5 — VT8) и выходных (VT9 — VT12) каскадов. Входные фазовращатели здесь создают необходимые изменения фазы сигнала, поступающего затем на матрицу сопротивлений, устанавливаемую между точками I, II, III, IV, V и А — D. Для системы SQ матрица имеет вид, показанный на рис. 64,6, а для системы QS — на рис. 64,в. Матрица позволяет получить соответствующее смещение сигналов после фазо-вращения. Выходные каскады обеспечивают согласование с нагрузкой.

Монтаж квадрапреобразователя выполняют на унифицированной монтажной плате. Чтобы получить точное смещение и поворот фазы, необходимо исполь­зовать элементы с допуском не более 5%. Резисторы для матриц должны иметь точность не хуже 2%. В декодере применены резисторы МЛТ-0,25, конденсато­ры КМ-5, К53-1. Вместо указанных на схеме можно использовать транзистора типов КТ342, КТ315. Для работы схемы необходим стабилизированный источник питания напряжением 24 В и током не менее 20 мА.

Настройка квадрапреобразователя заключается в установке режима работы активных элементов по постоянному току (напряжение на коллекторах тран­зисторов VT1 — VT4, VT9 — VT12 должно быть около 12 В. Этого добиваются подбором соответственно резисторов Rl, R3, R37 — R40.

Квадрапреобразователь системы ABC. Система пространственного звучания ABC построена с учетом особенностей слухового пространственного восприятия ори многоканальном воспроизведении. Полная совместимость системы ABC с обычной стереофонической системой позволяет -использовать декодер ABC для прослушивания обычных стереопластино^;к с получением иллюзии пространствен­ного эффекта.

Схема квадрапреобразователя системы ABC показана «а рис. 65. Он имеет следующие технические характеристики.

Входное напряжение:

номинальное ............ 0,8 В

максимальное............ 3,1 В

Входное сопротивление.......... 47 кОм

Номинальный диапазон частот........ 5 ... 30 000 Гц

Коэффициент гармоник.......... 0,2%

Отношение сигнал-шум (невзвешенное)...... 70 дБ

Напряжение питания........... ±15В

Ток потребления......... . . 35 мА

Рис. 64. Принципиальная схема квадрапреобразователя на транзисторах

В нее входят делители, составленные из резисторов Rl — R3, которые слу­жат для выравнивания уровня входных сигналов в режиме «Моно», и прецизи­онный делитель из резисторов R4 — R11, R16, R18, R20, R21, R23 и усилители DA1 — DA4, обеспечивающие точное суммирование и вычитание сигналов.

Режимы работы декодера выбирают переключателями SB1 («Стерео») я 5В2 (ABC). При одновременном нажатии кнопок SB1 и SB2 декодер работает в режиме «Объемное стерео». Резисторы R17, R19, R22, R24 защищают ОУ от токовых перегрузок.

Для монтажа декодера используется унифицированная плата. В нем при­менены кнопочные переключатели П2К с зависимой фиксацией, переменные ре­зисторы СПЗ-12 или СПЗ-4 (R2), постоянные МЛТ-0,25. Вместо указанных на схеме можно использовать любые ОУ Общего применения с соответствующими цепями коррекции.

Рис. 65. Принципиальная схема квадрапреобразователя системы ABC

Налаживание декодера заключается в точном подборе (не хуже 1%) ре­зисторов R4 — Rll, R16, R18, R20, R21, R23 и в проверке правильности монта­жа. Узел необходимо питать от стабилизированного двухполярного источника напряжением ±15 В и током не менее 40 мА.

Усилители мощности звуковой частоты

Усилители мощности выполняют функции оконечных каскадов усили­телей 34 и предназначены для создания необходимой мощности на внешней на­грузке, которой обычно является акустическая система.

В комплексах высококачественного звуковоспроизведения усилитель мощно­сти обычно выполняют в виде отдельного блока (или субблока). Он не содер­жит корректирующих АЧХ элементов и имеет плоскую АЧХ в широком диа­пазоне частот. В этом блоке не предусматривают никаких регулировок. Уста­навливается лишь индикатор уровня выходной мощности. Уровень входного сигнала для этого усилителя нормируется, и обычно он равен 775±50 мВ. Уси­литель мощности имеет большую выходную мощность (более 10 Вт), мини­мальный уровень собственных шумов (ниже — 60 дБ) и коэффициент гармоник меньше 1%. Фазо-частотная характеристика усилителя линейиа в диапазоне частот 20 Гц... 30 кГц.

Значительный запас мощности, которым обладает усилитель, позволяет по­лучить большой динамический диапазон громкостей, что повышает естествен­ность звучания, улучшает стабильность работы при номинальной мощности и обеспечивает незначительные нелинейные искажения. Максимальная выходная мощность, которая может быть передана в нагрузку, определяется максималь­ными значениями напряжения, действующего на выходе усилителя, и тока, про­текающего через усилитель при заданной нагрузке. Эти значения целиком и полностью определяются параметрами выходных транзисторов. Поэтому для усилителей мощности характерным является применение в оконечном каскаде высоковольтных транзисторов повышенной мощности, потребляющих от источни­ков питания большую энергию. В свою очередь, максимальное использование оконечных транзисторов по напряжению и току приводит к росту нелинейных искажений.

Снижение уровня нелинейных искажений достигается в основном введением глубокой ООС. Однако при этом возрастает запаздывание сигнала на выходе и в цепи ООС, что является причиной динамических искажений.

На слух динамические искажения проявляются в виде потери высших частот, в неестественном оттенке звучания, так называемом «транзисторном звуке». Сте­пень динамических искажений оценивается по скорости нарастания выходного напряжения усилителя мощности. Для уменьшения динамических искажений в высококачественных усилителях глубина ООС ограничивается в пределах 20... ... 30 дБ. В качестве оконечных применяют мощные высокочастотные биполяр­ные или полевые транзисторы, которые позволяют расширить диапазон усили­ваемых частот и тем самым повысить быстродействие усилителя. Меры, прини­маемые для снижения динамических искажений, приводят к возрастанию нели­нейных искажений, и условие обеспечения их (динамических и нелинейных иска­жений) на низком уровне является противоречивым.

Часто для снижения нелинейных искажений для усилителей малой мощно­сти выходной каскад работает в режиме А. Однако это затрудняет термостаби-лизацию большого тока покоя транзисторов выходного каскада и снижает КПД усилителя.

В настоящее время в основном применяют бестрансформаторные выходные каскады, которые реализуют на трех-, четырехэлементных составных транзисто­рах при нескольких параллельно соединенных выходных транзисторах. Для них обычно предусматривается уетройство защиты при перегрузке сигналом боль­шого уровня и при коротком замыкании на выходе.

Качественные показатели усилителей мощности, их физические размеры в основном определяют качество всего усилительного устройства и поэтому не­удивительно, что разработчики аппаратуры высококачественного звуковоспроиз­ведения уделяют наибольшее внимание созданию высококачествен­ных усилителей мощности. Поскольку требования к. снижению нелинейных и динамических искажений являются противоречивыми, то это является источни­ком поиска для разработчиков, это же обстоятельство объясняет многообразие технических решений, появляющихся ;в последнее время.

К основным параметрам усилителей мощности звуковой частоты относятся следующие:

максимальная выходная мощность Р_тах [Вт] — выходная электрическая мощность на частоте 1 кГц при значении коэффициента гармоник 10%;

номинальная выходная мощность Р_ЯОм [Вт] — выходная электрическая мощ­ность, при значении коэффициента гармоник, заявленного для этого усилителя на частоте 1 кГц;

номинальная выходная мощность в полосе рабочих частот Р_ном (Дf) [Вт] — минимальная выходная электрическая мощность в диапазоне частот 20 Гц... 20 кГц при значении коэффициента гармоник, заявленного для этого усилителя на частоте 1 кГц;

коэффициент гармоник К_Г [%] — коэффициент нелинейных искажений, ког­да входным низкочастотным сигналом является синусоидальное напряжение;

коэффициент гармоник в режиме малой выходной мощности Кг (50 мВт) [%] — коэффициент гармоник, измеренный при выходной мощности 50 мВт;

коэффициент гармоник в полосе частот K_г (Дf) [%] — максимальный ко­эффициент гармоник в диапазоне частот 20 Гц... 20 кГц при номинальной вы­ходной мощности;

отношение сигнал-шум [дБ] — логарифм отношения выходного напряжения усилителя при номинальной мощности к среднеквадратическому напряжению шумов усилителя в полосе частот 20 Гц... 20 кГц;

нормированная АЧХ [дБ] — зависимость нормированного значения усиления G от частоты; G = 20 lg (К/Ко), где К — коэффициент усиления усилителя в диапазоне частот, Ко — коэф.фициент усиления на частоте 1 кГц;

полоса рабочих частот Аf [Гц] — диапазон частот, внутри которого норми­рованная АЧХ усилителя имеет неравномерность не более ±1,5 дБ, измеряют при P_вых = 0,1 Р_НОМ;

фазо-частотная характеристика Аф [градус] — зависимость фазового сдвига­Дф между составляющими входного и выходного напряжения от частаты f; ДФ_Н — значение Дф на частоте 20 Гц (нижнее), Дф_в — значение Аф на час­тоте 20 кГц (верхнее);

коэффициент нелинейности фазовой характеристики бф [градус] — наиболь­шее отклонение фазовой характеристики реального усилителя относительно иде­альной фазовой характеристики, изменяющейся по линейному закону; бф_н — значение б (ф) на частоте 20 Гц, б (ф_в) — значение б (ф) на частоте 20 кГц;

максимальная скорость нарастания выходного напряжения Vmax [В/мкс] — максимальное отношение ДU_ВЫх/Дt, где Дt — интервал времени, за который происходит изменение выходного напряжения U_вых на значение ДU_Вых на участке с наиболее крутым фронтом.

Далее будут описаны усилители мощности, согласованные по входу с выхо­дами узлов, описанных ранее « обеспечивающих согласованную работу на вось­ми- и четырехомную нагрузку. Чтобы получить приводимые технические харак­теристики, монтаж усилителей должен соответствовать приведенным чертежам печатной платы и монтажной схемы. Изменение компоновки может привести к ухудшению коэффициента гармоник и отношения сигнал — шум. В качестве ма­териала печатных плат во всех случаях использован односторонний фольгиро-вгнный стеклотекстолит толщиной 1,5 мм.

Усилитель мощности с балансным дифференциальным входным каскадом, Он имеет следующие основные технические характеристики:

Номинальная выходная мощность....... 55 Вт

Коэффициент гармоник.......... 0,07%

Полоса рабочих частот . . . . , , . . . . 20... 50 000 Гп

Отношение сигнал-шум.......... 89 дБ

Напряжение питания........... ±36 В

Ток покоя............ . . 100 мА

Полные технические характеристики усилителя приведены в табл. 4.

Таблица 4

Технические характеристики усилителей мощности

Одной из особенностей данного усилителя мощности является его питание от двухполярного источника. Это позволяет включить нагрузку между выходом усилителя и общим проводом без переходного конденсатора. Другая особенность состоит в применении входного балансного дифференциального каскада, обла­дающего хорошей термостабильностью.

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 66. Он состоит из вход­ного каскада (транзисторы VT1, VT2), каскада усиления напряжения (VT3) и выходного (VT4 — VT7) и элементов защиты выходных транзисторов (VD3 — VD6). Входной каскад выполнен по схеме дифференциального каскада е не­симметричным выходом. Входной сигнал поступает на базу транзистора VT1 через разделительный конденсатор С1. Сигнал ООС подается с выхода через резистор R6 на базу транзистора VT2. Дифференциальный каскад сравнивает выходное напряжение с нулевым напряжением общего провода, и еели по ка­ким-либо причинам постоянное напряжение на выходе усилителя станет отлич­ным от нуля, сигнал рассогласования с выхода дифференциального каскада по­ступает на выходной каскад, обеспечивая тем самым нулевое напряжение на выходе усилителя. С выхода дифференциального каскада сигнал поступает на усилитель напряжения и через резистор R7 на выходной каскад. Выходной кас­кад выполнен на составных комплементарных транзисторах VT4, VT6 и VT5, VT7, обладающих большим входным и весьма малым выходным сопротивле­ниями.

Диоды VD1 и VD2 создают начальное смещение выходного каскада и обес­печивают температурную стабилизацию тока покоя выходных транзисторов. Че­рез конденсатор вольтдо-бавки С5 подключается ПОС в цепь коллекторной на­грузки транзистора VT3, обеспечивая тем самым получение максимального размаха выходного напряжения. Диоды VD3, VD4 и VD5, VD6 защищают выход­ные транзисторы, шунтируя в случае перегрузки, переходы транзисторов. Эле­менты СЗ, С6, R14, С7, L1 предотвращают самовозбуждение усилителя на вы­соких частотах.

Конструктивно усилитель мощности смонтирован на печатной плате, пока­занной на рис. 67. Для температурной стабилизации тока покоя выходных транзисторов диоды VD1 и VD2 устанавливают на общий с транзисторами VT6 и УТ7 теплоотвод. Катушка L1 намотана на резисторе R15 (МЛТ-2) и содержит 25 витков провода ПЭВ-2 0,8. Резисторы R12 и R13 изготовлены из высокоом-ного провода (манганин, константан).

Налаживание усилителя заключается в проверке правильности монтажа. При правильном монтаже и использовании исправных элементов дополнитель­ной настройки не требуется. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характе­ристики усилителя приведены на рис. 68. Для питания усилителя необходим двухполярный источник, обеспечивающий при напряжении ±36 В ток не менее 1,2 А.

Рис. 66. Принципиальная схема усилителя мощности с балансным дифференци­альным входным каскадом

Усилитель мощности с полевым транзистором в качестве источника тока для входного каскада и элементами симметрирования выходного каскада. Он имеет следующие основные технические характеристики (см. также табл. 4):

Номинальная выходная мощность....... 75 Вт

Коэффициент гармоник.......... 0,06%

Полоса рабочих частот.......... 20... 40 000 Гц

Отношение сигнал-шум.......... 86 дБ

Напряжение питания........... ±40 В

Ток покоя.......... 20 мА

Улучшение качественных показателей в этом усилителе по сравнению с предыдущим достигнуто рядом схемотехнических решений. В эмиттерную цепь входного дифференциального каскада включен источник тока на полевом тран­зисторе. Это позволяет повысить коэффициент передачи первого каскада и улуч­шить его термсстабильность. Для улучшения симметрии плеч выходного каска­да усилителя и уменьшения нелинейных искажений в эмиттерную цепь одного из транзисторов лредоконечного каскада вводятся корректирующая цепь, со­стоящая из диода, резистора и конденсатора.