Материал: МРБ 1109.(1986).[doc]

Печатная плата корректора (рис. 30) рассчитана на монтаж двух коррек­торов. Резисторы R2 и R11 — СПЗ-22, R15 — СПЗ-12а с экспоненциальной зависи­мостью сопротивления от угла поворота движка.

Первоначально, устанавливая резистором R11 на положительной обкладке конденсатора С8 напряжение +7,5 В, необходимо сбалансировать корректор, Затем резистором R2 нужно добиться, чтобы коллекторный ток выходных тран­зисторов был равен 10 мА. После этого повторно проверить баланс и, если не­обходимо, вновь подстроить К.11. На этом налаживание заканчивается. Для питания корректоров во время налаживания следует использовать стабилизи­рованный источник, обеспечивающий при напряжении 15 В ток не менее 100 мА.

Рис. 30. Печатная (а) и монтажная (б) платы усилителя с параллельной обратной связью.

Микрофонные усилители

Микрофонные усилители предназначены для усиления слабых сиг­налов микрофона и согласования его с последующими усилительными каска­дами звуковоспроизводящего тракта. Коэффициент усиления микрофонного уси­лителя выбирают таким образом, чтобы обеспечить на входе основного усили­теля номинальный уровень напряжения от 200 до 400 мВ. При необходимости в микрофонный усилитель вводят частотную коррекцию, чтобы компенсировать неравномерность АЧХ используемого микрофона.

Особенностями микрофонного усилителя являются: работа при малых уров­нях входного сигнала (номинальная ЭДС, развиваемая разными типами микро­фонов, составляет 0,1... 0,8 мВ); совместная работа с источником сигнала, име­ющим низкое внутреннее сопротивление (500 ... 2000 Ом), которое остается по­стоянным в широком диапазоне рабочих частот.

Основные сложности при разработке микрофонных усилителей связаны о достижением низкого уровня собственных шумов и минимальных нелинейных искажений. Формирование необходимой АЧХ особых трудностей не представ­ляет.

Собственные (внутренние) шумы применяемых в высококачественной звуке-технике электростатических (конденсаторных) и электродинамических (ленточ­ных) микрофонов незначительны. Так, шумы электродинамических микрофонов очень малы и, как правило, не нормируются. Конденсаторные микрофоны име­ют сравнительно более высокий уровень шумов, обычно указываемый в пас­порте микрофона. Но даже для конденсаторных микрофонов уровень собствен­ных шумов не превышает нескольких микровольт. Поэтому важно, чтобы соб­ственные шумы микрофонного усилителя были малы.

Как известно, для достижения малого уровня шумов на выходе усилителя необходимо уменьшать собственные шумы первого каскада и увеличивать по­лезный сигнал на его входе. Поскольку шумовые свойства усилительного кас­када зависят от внутреннего сопротивления источника сигнала, при выборе режима работы транзистора в первом каскаде микрофонного усилителя необхо­димо учитывать внутреннее сопротивление микрофона. Например, для транзи­стора КТ3102 оптимальный коллекторный ток, при котором коэффициент шума минимален, составляет 100... 300 мкА при сопротивлении источника сигнала 1 кОм и 30... 60 мкА при сопротивлении 10... 100 кОм.

По рекомендации Международной Электротехнической Комиссии номиналь­ное входное сопротивление микрофонного усилителя, обеспечивающее наилуч­шее отношение сигнал-шум на его выходе, равно утроенному сопротивлению микрофона (Rвх = 3Rмк). В описанных далее конструкциях входное сопротив­ление усилителя 3,3 кОм, что является компромиссным решением для различ­ных типов применяемых микрофонов.

Номинальный диапазон частот микрофонного усилителя с учетом АЧХ используемого микрофона должен быть не хуже 20 Гц... 20 кГц при нерав­номерности ±2 дБ. Невзвешенное значение отношения сигнал-шум достаточно иметь примерно равным 60 дБ. Запас по перегрузочной способности (относи­тельно номинальной чувствительности) должен быть не менее 30 дБ. Коэффи­циент гармоник в полосе частот должен составлять не более 0,1...0,2%. Авто­матическая регулировка усиления, значительно сужающая динамический диа­пазон и используемая, как правило, в специальных усилителях (для усиления речи и т. п.), в рассматриваемых далее микрофонных усилителях не применя­ется.

Микрофонные усилители имеют следующие параметры:

максимальное входное напряжение [мВ] — наибольшее действующее значе­ние синусоидального входного сигнала на частоте 1 кГц, при котором коэф­фициент гармоник выходного напряжения не превышает 0,5%;

максимальное выходное напряжение [В] — наибольшее действующее зна­чение выходного напряжения на частоте 1 кГц при коэффициенте гармоник не более 0,5%;

перегрузочная способность, К_п [дБ] — отношение максимального входного напряжения к номинальному входному;

коэффициент гармоник [%] — наибольшее значение коэффициента нелиней­ных искажений выходного сигнала, измеряемое в полосе частот 20... 20 000 Гц при номинальном выходном напряжении;

отношение сигнал-шум (невзвешенное) [дБ] — отношение действующего значения номинального напряжения выходного синусоидального сигнала к дей­ствующему значению напряжения шума на выходе усилителя (измеряется без взвешивающих фильтров);

номинальный диапазон [Гц] — диапазон частот, внутри которого нормиро­ванная АЧХ усилителя имеет неравномерность не более ±1,5 дБ.

Для всех приводимых далее микрофонных усилителей номинальный уро­вень входных сигналов равен 1 мВ, выходное сопротивление не превышает 1 кОм, что обеспечивает хорошее их согласование с узлами, описанными далее,

Микрофонный усилитель на микросхеме К548УН1. Наиболее просто тре­буемые характеристики микрофонного усилителя можно реализовать на основе микросхем. Специально спроектированная для звуковой техники микросхема К548УН1 позволяет легко получить требуемые параметры при небольшом числе внешних элементов. Микрофонный усилитель на этой микросхеме имеет следу­ющие основные технические характеристики:

Входное напряжение:

номинальное............ 1 мВ

максимальное............ 30 мВ

Выходное напряжение:

номинальное............ 200 мВ

максимальное............ 6000 мВ

Перегрузочная способность, не менее ...... 30 дБ

Коэффициент гармоник, не более....... 0,2%

Отношение сигнал-шум (невзвешенное)..... 60 дБ

Номинальный диапазон частот........ 20 ... 20 000 Гц

Напряжение питания........... 24 В

Ток потребления............ 10 мА

Схема одного канала этого усилителя приведена на рис. 31. Микросхема DA1 включена по схеме неинвертирующего усилителя. Отрицательная обратная связь по постоянному току (через резисторы R3, R4) определяет режим рабо­ты микросхемы. Усиление по переменному току определяется соотношением резисторов R2 и R4. Для уменьшения уровня шума (примерно в 1,4 раза) ис­пользуется только один из транзисторов входного дифференциального каскада

микросхемы, база второго (вы­вод 2 микросхемы DA1) соедине­на с общим проводом.

Конденсаторы С1 и С4 служат для развязки по пос­тоянному току источника сиг­нала и нагрузки, С5 устраняет паразитную связь по цепи пита­ния.

Микрофонный усилитель соб­ран на унифицированной мон­тажной плате методом объемного монтажа. В устройстве использу­ют резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы КМ-4, КМ-б, К50-6. Чертеж унифицированной монтажной платы при­веден на рис. 32.

Рис. 31. Принципиальная схема микрофон­ного усилителя на микросхеме К548УН1

Рис. 32. Чертеж унифицированной монтажной платы

Для проверки усилителя необходим стабилизированный источник питания с выходным напряжением 24 В, обеспечивающий ток в нагрузке не менее 15 мА, Если монтаж выполнен правильно, а детали исправны, усилитель работает практически без настройки.

Микрофонный усилитель на микросхеме К153УД2. При отсутствии специ­альных микросхем (К548УН1А, К157УЛ1) для микрофонного усилителя вполне можно использовать ОУ на микросхеме К153УД2 общего применения. При этом ухудшится только отношение сигнал-шум, а остальные параметры оста­нутся практически без изменений или даже несколько улучшатся.

Такой микрофонный усилитель имеет следующие основные технические ха­рактеристики:

Входное напряжение:

номинальное............ I_t5 мВ

максимальное............ 3000 мВ

Выходное напряжение:

номинальное............ 220 мВ

максимальное............ 9000 мВ

Перегрузочная способность, не менее...... 66 дБ

Коэффициент гармоник, не более....... О gg%

Отношение сигнал-шум (невзвешенное)...... 55 дБ

Номинальный диапазон частот........ 20... 20 000 Гц

Напряжение питания.......... ± l5 В

Ток потребления............ J2 мА

На рис. 33 показан усилитель, включенный по схеме инвертирующего уси­лителя. Неинвертирующий вход (вывод 3) микросхемы DA1 подключен к об­щему проводу, а на инвертирующий (вывод 2} подается ООС, раздельно по постоянному и переменному токам. Отрицательная обратная связь по постоян­ному току (через резистор R4) стабилизирует рабочую точку усилителя. Ре­гулируемая ООС по переменному току (цепь R3, С2) обеспечивает нормальное функционирование усилителя, предохраняет его от перегрузки по входу. Если движок резистора R3 находится в крайнем левом по схеме положении, входное напряжение может достигать 3 В и при этом еще не наступает ограничение сигнала на выходе. При максимальном усилении (движок R3 в крайнем пра­вом положении) ограничение вы­ходного напряжения наступает при входном напряжении около 20 мВ.

Конденсаторы С1 и С4 обес­печивают развязку по постоянно­му току на входе и выходе уз­ла, С5 и С6 устраняют паразит­ную связь по цепи питания.

Для монтажа микрофонного усилителя использованы унифи­цированная монтажная плата (см. рис. 32), резисторы МЛТ-0,125, СПЗ-12 или СПЗ-23 {R3), кон­денсаторы КМ-4, КМ-б, К53-1.

Рис. 33. Принципиальная схема микрофон­ного усилителя на микросхеме К153УД2

Вместо микросхемы К.153УД2 можно использовать и другие ОУ общего при­менения с соответствующими цепями коррекции (К153УД1, К.140УД7, К140УД8 и т. п.).

Для работы усилителя необходим стабилизированный двухполярный ис­точник питания с напряжением +15 В, обеспечивающий ток в нагрузке не ме­нее 15 мА. При правильно выполненном монтаже и исправных деталях узел работает без настройки.

Микрофонный усилитель на ОУ с малошумящим транзистором на входе. На ОУ общего применения можно создать микрофонный усилитель, не уступа­ющий по параметрам усилителю, построенному на базе специализированной микросхемы. Однако шумовые свойства такого усилителя получаются невысо­кими. Для уменьшения уровня шума, как и в случае предусилителя-корректо-ра, на входе микросхемы можно установить малошумящий транзистор.

Микрофонный усилитель, сочетающий усилительные возможности ОУ и шумовые характеристики дискретного транзистора, приведен на рис. 34. Он имеет следующие основные технические характеристики:

Входное напряжение:

номинальное............ 1 мВ

максимальное............ 45 мВ

Выходное напряжение:

номинальное . . . ......... 200 мВ

максимальное............ 9000 мВ

Перегрузочная способность, не менее...... 33 дБ

Коэффициент гармоник, не более ....... 0,06%

Отношение сигнал-шум (невзвешенное)..... 6G дБ

Номинальный диапазон частот........ 20 ... 20 000 Гц

Напряжение питания.......... ±15 В

Ток потребления............ 15 мА

Усилитель может работать как с низкоомным, так и с высокоомным мик­рофоном. Входной каскад на малошумящем транзисторе VT1 питается от па­раметрического стабилизатора напряжения (стабилитрон VD1, резистор R10), который одновременно обеспечивает необходимую фильтрацию пульсаций пи­тающего напряжения. Для защиты от помех мощных радиостанций сигнал на базу транзистора VT1 поступает через фильтр нижних частот R4C2 с частотой среза около 3 МГц. Режим работы транзистора стабилизирован глубокой ООС по постоянному току (с выхода микросхемы DA1 через резистор R11 в цепь эмиттера транзистора VT1). Необходимый коэффициент усиления (5... 300) устанавливают подстроечным резистором R7. Благодаря большому запасу уси­ления и глубокой ООС коэффициент гармоник не превышает сотых долей процента, а АЧХ усилителя линейна во всем звуковом диапазоне.

Фильтры

Частотная характеристика высококачественных усилителей 34 прости­рается от единиц герц до сотни килогерц, что обеспечивает очень малые линей­ные искажения. Но это же обстоятельство приводит к усилению таких неже­лательных явлений, как прохождение помех от близлежащих радиостанций, усиление гармоник ограниченного сигнала и остаточных напряжений УПЧ приемника, помех от вибраций двигателя электрофона, напряжения фона от сети и т. п. Поэтому необходимо, чтобы звуковой сигнал, проходящий через высококачественный звуковоспроизводящий тракт, был очищен от всех сопут­ствующих помех.

Для этой цели в состав звуковоспроизводящего тракта вводятся специаль­ные фильтры нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот. Их задача — обеспе­чить эффективное подавление составляющих фона, шумов и паразитных сиг­налов в той части диапазона, где отсутствуют составляющие полезного сиг­нала.

К важнейшим показателям, характеризующим свойства фильтров, как и других функциональных узлов звуковоспроизводящего тракта, относятся: вели­чина, характеризующая способность фильтра усиливать сигнал; степень вноси­мых фильтром искажений; динамический диапазон; входные и выходные дан­ные.

Фильтры характеризуются параметрами, аналогичными принятым для мик­рофонных усилителей. И, кроме того, еще двумя специфичными показателями — частотой среза и крутизной спада АЧХ.

Частота среза [Гц] — точка перегиба АЧХ фильтра, в которой коэффициент передачи изменяется на 3 дБ. Для фильтров, построенных на однозвенных RG цепях, частота среза

f_ср=1/(2пRС).

Крутизна спада АЧХ характеризует скорость спада АЧХ фильтра от точки перегиба. Обычно она измеряется в децибелах на октаву.

Рис. 35. Электрическая схема фильтра низких (а) и высоких (б) частот

Амплитуда на выходе RC фильтра убывает от точки перегиба пропорцио­нально 1/f. Поэтому в пределах одной октавы (соответствует изменению час­тоты вдвое) она уменьшается вдвое, т. е. RC фильтр обеспечивает крутизну спада АЧХ 6 дБ на октаву. Если последовательно включить два RC звена, кру­тизна возрастает до 12 дБ на октаву, если три — до 18 и т. д. Однако это справедливо при условии, когда реактивная составляющая полного, выходного сопротивления каждого RC звена равна нулю, а входного — бесконечности.

Один из способов устранения взаимного влияния каскадов состоит в том, чтобы каждый последующий каскад имел значительно большее полное вход­ное сопротивление, чем предыдущий. Еще эффективнее использовать в качестве межкаскадных буферов активные фильтры на транзисторах или ОУ.

Полосовой фильтр на пассивных элементах. На рис. 35,а показан ФНЧ на основе Г-образного RC полузвена. Напряжение на выходе такого фильтра не­изменно от самых нижних частот до частоты среза f_cp; f_0p = 1/(2пR1C1). При дальнейшем увеличении частоты выходное напряжение уменьшается пропор­ционально 1/f, т. е. с крутизной около 6 дБ на октаву. Как отмечалось, па­раметры пассивных RC фильтров весьма критичны к сопротивлению нагрузки R_н и источника сигнала R_г. Расчетные характеристики фильтров достигаются при сопротивлении нагрузки R_a, стремящемся к бесконечности и сопротивлении источника сигнала R_r, стремящемся к нулю. Точный расчет фильтров с учетом конечных значений R_a и 7?_г довольно громоздок, но для приближенных расчетов частоты среза можно воспользоваться и приведенной ранее формулой.

Практически достаточно, чтоб выполнялись соотношения:

R_и = (10... 20) R1, R_г = (0,05 ..,0,1) R1.