Выпускаемые промышленными предприятиями страны наборы деталей и материалов для самостоятельной сборки различных по сложности приемников, усилителей, измерительных приборов, устройств автоматики весьма популярны среди радиолюбителей. И это не случайно: у радиолюбителя, который приобрел такой «радиоконструктор», отпадает забота о поиске деталей, нередко дефицитных, для задуманной конструкции.
В 1980 году был начавшийся выпуск предприятием Центрального конструкторского бюро информационной техники в г. Виннице трех наборов деталей под общим названием «Олимп». Каждый из них содержит все детали (включая печатную плату), необходимые для самостоятельного изготовления блоков усилителя НЧ: «Олимп-1» – усилителя мощности, «Олимп-2» – предусилителя-корректора, «Олимп-3» – двуполярного источника питания. Один комплект наборов позволяет собрать монофонический, а два неполных комплекта – стереофонический усилитель с достаточ-но высокими техническими характеристиками. Оба варианта усилителя, собранного из наборов деталей, проверены в лаборатории редакции журнала «Радио».
Усилительный тракт монофонического «Олимпа» состоит из предварительного усилителя с блоком коррекции (ПУ) и усилителя мощности (УМ). Для их питания используются «Олимп-3» – нестабилизированный двуполярный источник напряжением 2х20 В (±20 В) со средней «заземленной» нулевой точкой (блок питания БП). Усилитель рассчитан на работу от радиовещательного приемника, микрофона, магнитофона, пьезокерамического звукоснимателя.
Предварительный усилитель с блоком коррекции
Принципиальная схема этой части усилителя НЧ показана на рис. 1. Сигнал с линейного выхода радиоприемника подают на вход предусилителя через гнезда 1-2 разъема Х1, с микрофона – тоже через гнезда 1-2, но при замкнутых контактах кнопочного переключателя S1, а от пьезокерамического звукоснимателя или с линейного выхода магнитофона – через гнезда 2-3. Чувствительность предварительного усилителя составляет соответственно 20-40, 1-2 или 200-250 мВ. Диапазон рабочих частот 20…30000 Гц, напряжение низкочастотного сигнала на выходе не менее 250 мВ. Глубина регулировки тембра на частотах 100 Гц и 10 кГц не менее ±15 дБ.
Рис. 1. Схема предварительного усилителя с блоком коррекции
Напряжение двуполярного источника питания подается на предварительный усилитель через двуплечий стабилизатор напряжения, образуемый резисторами R19, R20 и стабилитронами V3, V4. Общий потребляемый ток не превышает 50 мА.
Для усиления сигнала используются операционный усилитель К553УД1А (А1) и кремниевые транзисторы разной структуры КТ315Г (V1) и КТ361Д (V2), включенные составным транзистором. Регуляторами тембра служат переменные резисторы R21 и R22.
Низкочастотный сигнал с линейного выхода радиоприемника или с микрофона подается на неинвертирующий вход операционного усилителя (вывод 5) через конденсатор С1. Сигнал от звукоснимателя подается на тот же вход операционного усилителя, но ослабленный делителем, составленным из резисторов R1 – R3.
Неинвертирующий канал операционного усилителя обладает большим входным сопротивлением, что позволяет подключать к нему источники низкочастотных сигналов с большим внутренним сопротивлением. К числу таких источников относится, например, пьезокерамический звукосниматель. Цепочка R6С5 и конденсатор С6 служат для предотвращения самовозбуждения усилителя на высших звуковых частотах.
Усилитель охвачен глубокой отрицательной обратной связью. Коэффициент усиления зависит от отношения сопротивлении резисторов R7, R4 и R5 в цепи отрицательной обратной связи. При работе с выхода радиоприемника или от звукоснимателя коэффициент усиления равен примерно 10. При работе от микрофона контакты кнопочного переключателя S1 замыкают. В этом случае параллельно резистору R5 подключается резистор R4 значительно меньшего номинала, отчего глубина отрицательной обратной связи резко уменьшается, а коэффициент усиления операционного усилителя увеличивается примерно в 20 раз.
С выхода операционного усилителя (вывод 10) сигнал подается на регуляторы тембра, представляющие собой частотнозависимые и делители напряжения звуковой частоты, а с них – через конденсатор С11 на вход усилителя на составном транзисторе V1 V2. Резистором R21 регулируют тембр по высшим частотам, а резистором R2 по низшим звуковым частотам. Номиналы конденсаторов делителей подобраны так, что при среднем положении движков переменных резисторов равномерно усиливается вся полоса рабочих частот. Когда же движки переменных резисторов находятся в крайнем правом по схеме положении, то происходит наибольший подъем низших и высших частот, а в крайнем левом, наоборот, наибольшее ослабление этих участков звукового диапазона. Таким образом, резисторами R21 и R22, одновременно или раздельно, можно в широких пределах регулировать тембровую «окраску» звуковоспроизведения.
Каскад на составном транзисторе V1 V2 охвачен глубокой отрицательной обратной связью (через резистор R14), снижающий его выходное сопротивление, что обеспечивает хорошее согласование темброблока с относительно небольшим входным сопротивлением усилителя мощности. Резисторы R17, R18, R8, R9 и конденсаторы С14, С15, С2, С3 образуют развязывающие фильтры, предотвращающие возбуждение блока из-за возможных паразитных связей между его усилителями через общий источник питания.
Внешний вид предусилителя-корректора, смонтированного из деталей набора «Олимп-2» , показан на рис.2. Его основой служит печатная плата размерами 104х80 мм, выполненная из фольгированного материала. Переменные резисторы R21, R22 и входной разъем Х1 вынесены за пределы платы. Переключатель S1 смонтирован непосредственно на плате, но он в зависимости от конструкции усилителя НЧ в целом, как и переменные резисторы, может быть вне платы. Через контакты 10, 12 и 13 печатной платы предусилитель соединяют с двуполярным источником питания, а через контакт 11 – со входом усилителя мощности.
Входной разъем Х1 может быть СГ-3 или СГ-5. Переключатель S1 – П2К. Переменные резисторы R21 и R22 – типа СПЗ-4аМ (желательно группы Б). Электролитические конденсаторы типа К50-6.
Рис. 2. Предусилитель-корректор, внешний вид и печатная плата
Операционный усилитель К553УД1А можно заменить его аналогом К153УД1А, а также операционными усилителями К153УД1Б или К153УД2, включая их в соответствии с цоколевкой.
После монтажа особо тщательной проверке подлежит полярность включения электролитических конденсаторов, транзисторов, стабилитронов и, конечно, соединение блока с двуполярным источником питающего напряжения. Ошибка в цепях питания может стать причиной выхода из строя операционного усилителя, транзисторов, пробоя электролитических конденсаторов. Напряжения в точках соединения резисторов R17 и R19, а также R18 и R20 относительно «заземленного» нуля должны быть в пределах напряжения стабилизации стабилитронов V3 и V4 (13,5-16,5 В), на операционном усилителе А1 (между выводами б и 11) не более 16,5 В. Относительное входное сопротивление вольтметра, используемого для измерения напряжений, должно быть не менее 10 кОм/В.
Предварительно работу предусилителя-корректора можно проверить на высокоомные головные телефоны, подключенные к его выходу (между контактами 11 и 12 платы), или подав сигнал с его выхода на вход какого-либо усилителя НЧ чувствительностью 200-250 мВ. Если ошибок в монтаже нет, то налаживать блок не придется. Потребуется, возможно, лишь уточнить правильность подключения переменных резисторов R21 и R22. Проводники, идущие к их крайним выводам, должны быть подключены так, чтобы наибольший подъем низших и высших частот был при крайнем правом положении их движков.
Усилитель мощности
Усилитель мощности (рис.3) питается от того же источника двуполярного напряжения, что и предусилитель. Основные технические характеристики усилителя мощности (испытанно в редакционной лаборатории):
Усилитель выполнен по схеме, ставшей традиционной для большинства современных усилителей НЧ: с двуполярным питанием и дифференциальным каскадом на входе. Это упрощает источник питания усилителя, так как в фильтре его выпрямителя в этом случае можно применять сравнительно низковольтные электролитические конденсаторы, а нагрузку подключать непосредственно к выходу усилителя мощности без разделительного конденсатора большой емкости.
Рис. 3. Схема усилителя мощности
Дифференциальный каскад образуют транзисторы V5 и V6. База транзистора V5 соединена через резистор R24 с общим («нулевым») проводником двуполярного источника питания, а база транзистора V6 – с выходом усилителя через резистор R30. Как только на выходе усилителя появится отличное от нуля постоянное напряжение, то усиленный дифференциальным каскадом сигнал рассогласования поступит на последующие каскады и изменит их режим так, чтобы постоянное напряжение на выходе усилителя стало равно нулю. Если параметры транзисторов V5 и V6 идентичны, а сами транзисторы имеют хороший тепловой контакт друг с другом (то есть при одинаковой температуре), то напряжение на выходе усилителя по отношению к общему «заземленному» проводу будет равно нулю. В этом случае через нагрузку не протекает постоянный ток и, следовательно, разделительный конденсатор в цепи нагрузки может быть исключен.
Переменный резистор R23 на входе усилителя играет роль регулятора громкости. Низкочастотный сигнал, усиленный транзистором V5 дифференциального каскада, снимается с нагрузочного резистора R25 и подается на базу транзистора V7 второго каскада, а с его нагрузочного резистора R32 – на двухтактный усилитель на транзисторах V12-V15. Динамическая головка В1 громкоговорителя преобразует усиленный сигнал в колебания звуковой частоты.
Диоды V8-V11 в коллекторной цепи транзистора V7 и подключенный параллельно им резистор Х34 образуют цепь, которая создает на базах транзисторов выходного каскада начальное смещение, устраняющее искажения типа «ступенька». Одновременно диоды термостабилизируют режим работы транзисторов. Конденсаторы С18, С21 и цепочка R39С23 предотвращают возбуждение усилителя на высших частотах звукового диапазона.
Все детали усилителя, кроме выходных транзисторов V16, V17 и переменного резистора R23, монтируют на печатной плате из фольгированного материала (рис.4) таких же размеров, как и плата предусилителя. Перед монтажом целесообразно подобрать из трех входящих в набор транзисторов КТ315Г два с наиболее близкими параметрами. Эти транзисторы устанавливают в дифференциальный каскад.
Мощные выходные транзисторы V16 и V17 крепят на теплоотводящих радиаторах и соединяют с платой монтажными многожильными проводниками. На эмиттерные и базовые выводы следует надеть отрезки изоляционной трубки, чтобы предупредить случайное соединение их с радиаторами, имеющими непосредственный контакт с коллекторами выходных транзисторов.
Переменный резистор R23, находящийся за пределами монтажной платы, – типа СПЗ-4аМ; электролитические конденсаторы – К50-6, остальные конденсаторы МБМ, КС. Емкость конденсатора С18 должна быть в пределах 154-270 пФ; ее увеличение влечет за собой сужение полосы пропускания усилителя в области высших звуковых частот.
Емкость конденсатора С21 может быть 560-680 пФ. При меньшей емкости возможно появление самовозбуждения усилителя на высоких частотах, а при емкости более 1400 пФ начинает искажаться форма сигнала этой частоты.
Диоды Д220 (V8-V11) можно заменить на Д223, Д310, КД521Д. Вместо транзисторов КТ315Г (V5, V6, V12) можно использовать транзисторы этой же серии с буквами В, Д, Е, вместо транзисторов КТ361Д (V17, V13) – транзисторы той же серии, но с буквами А, В, Г или Е, а также КТ601А или ГТ321 с любым буквенным индексом. Транзисторы КТ602А (V14, V15) можно заменить на КТ602Б, КТ801 с буквенными индексами А или Б, КТ815В, П701, П702, а транзисторы КТ808А (V16, V17) – на КТ802А, КТ809А, КТ805А, КТ805Б, КТ819 с буквенными индексами В, Г, М. Статические коэффициенты передачи тока транзисторов, отобранных для работы в дифференциальном каскаде (V5, V6), не должны отличаться более чем на 20%.
Прежде чем подать на усилитель питание, надо проверить его монтаж по принципиальной схеме, и особо тщательно – включение электролитических конденсаторов в соответствии с их полярностью, транзисторов, диодов. Теплоотводящие радиаторы выходных транзисторов не должны касаться друг друга и проводников монтажной платы.
Рис. 4. Усилитель мощности, внешний вид и печатная плата
Первое испытание усилителя производят при подключенном к его выходу эквиваленте нагрузки – резисторе сопротивлением 4-7 Ом, рассчитанном на мощность рассеяния не менее 25 Вт. Постоянное напряжение на нем, измеренное вольтметром или милливольтметром, не должно превышать 100 мВ. Большие значения напряжения на эквиваленте будут свидетельствовать об ошибках в монтаже или неисправности какого-либо транзистора (или транзисторов). Указанные на схеме режимы работы транзисторов измерены вольтметром постоянного тока с относительным входным сопротивлением 10 кОм/В.
Качество работы усилителя мощности проверяют при подаче на его вход низкочастотного сигнала от генератора НЧ, с выхода предусилителя-корректора или от другого источника низкочастотного сигнала напряжением 250-300 мВ. Громкость звука должна нарастать при вращении ручки переменного резистора R23 в направлении движения часовой стрелки.
Чувствительность усилителя мощности можно повысить примерно до 200 мВ путем уменьшения сопротивления резистора R29 до 220 Ом.
Источник питания
Источник питания (рис.5), собранный из деталей набора «Олимп-3», представляет собой самостоятельный блок, который может быть использован и для питания любого другого аналогичного усилителя НЧ, требующего двуполярное напряжение 2х20 В. Номинальный ток нагрузки каждого плеча блока питания 0,7 А, коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения не более 1%.
В набор деталей входят: трансформатор питания Т1, выпрямительный блок КЦ410Б (V18), электролитические конденсаторы типа К50-6 (С24 и С25), печатная плата для монтажа выпрямительного блока и конденсаторов, индикаторная лампа МН63-0,26 (Н1), металлическое шасси, защитный кожух трансформатора и некоторые другие детали и материалы (выключатель питания S2 и плавкий предохранитель F1 в набор не входят).
Переменное напряжение на каждой из обмоток II и 111 трансформатора Т1 составляет примерно 18 В, на обмотке III – 5,5 В. Суммарное напряжение обмоток II и III подается на выпрямительный блок V18, диоды которого включены по мостовой схеме. В зависимости от тока нагрузки на выходном выводе 4 блока относительно общего вывода 5 должно быть плюс 18-23 В, на выводе б – минус 18-23 В.
Экранирующая обмотка 3 между первичной и вторичными обмотками снижает уровень фона и электрических помех.
Основой блока питания служит металлическое шасси. На нем винтами с гайками укрепляют трансформатор и уголки, удерживающие печатную плату выпрямителя. Дополнительно конденсаторы фильтра укрепляют на шасси металлической скобой. Выводы вторичных обмоток трансформатора соединяют с соответствующими выводами печатной платы и индикатором включения питания (Н1) отрезками многожильного изолированного провода.
Рис. 5. Схема источника питания и его схема
Данные трансформатора, используемого в блоке питания: магнитопровод Ш20х30 (или ШЛ16х32) обмотка I – 1350 витков провода ПЭВ-2 0,31, экранирующая – один слой такого же провода; обмотки II и III – по 116 витков провода ПЭВ-2 0,62; обмотка IV – 33 витка провода ПЭВ-2 0,31. Выпрямительный блок КЦ410Б можно заменить четырьмя диодами КД242 (или аналогичными им на ток не менее 0,7 А), включив их по мостовой схеме.
Испытание блока питания заключается в проверке равенства напряжений на выходах каждого из его плеч при токе нагрузки около 0,7 А. Для этого между контактными выводами 4-5 и 5-6 надо включить проволочные резисторы сопротивлением около 30 Ом, рассчитанные на мощность рассеяния не менее 10 Вт, и, подключив блок к сети, измерить напряжения на этих эквивалентах нагрузки. Они должны быть в пределах 18-23 В.
Рис. 6. Структурная схема стереофонического усилителя
Мощность блока «Олимп-3», испытанного в редакционной лаборатории, оказалась достаточной для питания стереофонического усилителя, смонтированного из наборов серии «Олимп».
Если такой блок предполагается использовать для питания не только описываемого здесь усилителя НЧ, а и другой аналогичной аппаратуры, смонтировать его можно в корпусе произвольной конструкции. Выключатель питания (тумблер ТВ2-1), индикаторную лампу, сетевой плавкий предохранитель и зажимы или гнезда для подключения нагрузки целесообразно разместить на лицевой панели. Для защиты блока питания от перегрузок в цепи «+20 В» и «-20 В» желательно включить плавкие предохранители на ток 2 А. Их держатели можно установить на лицевой панели возле соответствующих им выходных зажимов.
Рис. 7. Схема входных цепей предусилителей-корректоров,
Конструкцию усилителя НЧ рассмотрим на примере стереофонического варианта, которую можно взять за основу и для монофонического усилителя. Структурная схема такого варианта усилителя показана на рис.6. Верхние по схеме предусилитель-корректор ПУ, усилитель мощности УМ и громкоговоритель В2 образуют левый канал, а нижние такие же усилители и громкоговоритель В2' – правый канал усилителя. Стереофонический звукосниматель В1 и блок питания БП являются общими для обоих каналов усилителя. Через разъем Х1 сигнал звукоснимателя поступает на входы 3 предусилителей-корректоров соответствующих каналов, с их выходов 11 – через регуляторы громкости R23 и R23' на входы 1 усилителей мощности, а с выходов 10 и 11 этих блоков – к громкоговорителям. Тембр звука в каждом канале регулируют резисторами R21 и Х22, а стереобаланс – регуляторами громкости.
Предполагается, что стереофонический усилитель, предназначаемый главным образом для воспроизведения грамзаписей, будет работать совместно с пьезокерамическим звукоснимателем электропроигрывающего устройства. Поэтому в предусилителях-корректорах кнопочные переключатели, предназначенные для коммутации входных цепей в зависимости от источника входного сигнала, исключены. Один из них в описываемой конструкции использован в качестве сетевого выключателя (S1 на рис.6).
Рис. 8. Внешний вид усилителя
Если звукосниматель магнитный, то соответственно ему надо скорректировать амплитудно-частотную характеристику предусилителей-корректоров. Схема узлов этих блоков усилителя, монтаж которых потребуется несколько изменить, приведена на рис.7. Резисторы R1 и R4 (см. рис.1) исключаются. Сопротивление резистора R5 должно быть 330 Ом (вместо 27 кОм), емкость конденсатора С4 – 20 мкФ (вместо 50 мкФ). Дополнительно вводится корректирующая цепь, состоящая из конденсаторов С1', С2' и резистора R1'. Сигнал магнитного звукоснимателя подают на входы 1 предусилителей-корректоров.
Рис. 9. Конструкция корпуса усилителя
Внешний вид и монтаж усилителя показаны на рис.8. Его корпус представляет собой четырехстенную коробку (рис.9), в нее вставляют панель, на которой смонтированы детали усилителя, скрепленную с передней стенкой. Боковые стенки 6 выпилены из древесно-стружечной плиты (ДСП) толщиной 15 мм, а приклеиваемые к ним верхняя 5 и нижняя 7 стенки – из листового оргалита толщиной 3 мм. Снизу приклеивают бруски 8, играющие роль ножек. Коробка покрыта декоративной («под дерево») самоклеящейся поливинилхлоридной пленкой. Из такого же, как для стенок, оргалита выполнены несущая панель 4 и передняя стенка 2, которая должна полностью утопляться в коробку. Эти два элемента скрепляют между собой в единую конструкцию с помощью отрезка уголка З. Лицевой панелью 1, играющей и роль экрана, служит листовой дюралюминий. Она удерживается на передней стенке гайками осей переменных резисторов. Отверстия для переменных резисторов, кнопочного выключателя сети и «глазка» индикатора включения питания делают, предварительно скрепив эти элементы конструкции.
Платы усилителей укреплены на несущей панели двумя рядами с помощью шпилек с пайками на концах и втулок, надетых на шпильки. В два ряда размещены на передней стенке и переменные резисторы. Верхние ряды плат и резисторов соответствуют левому каналу, нижние – правому каналу усилителя. Радиаторы с мощными выходными транзисторами размещены вдоль задней кромки несущей панели. Для лучшего обдува радиаторов на крепящие их винты надеты втулки длиной по 10 мм. Чтобы предотвратить случайное соединение радиаторов, между ними вставлены с клеем БФ-2 узкие пластинки из гетинакса (или другого изоляционного материала).
Детали блока питания смонтированы непосредственно на несущей панели (без шасси).
Гнездовые части входного разъема Х1, выходных разъемов Х2, Х2' и держатель предохранителя F1 смонтированы на Г-образных стойках из листового металла, которые затем привинчены к несущей панели по обе стороны от радиаторов.
Соединения между платами и плат с блоком питания, с мощными выходными транзисторами надо выполнять отрезками многожильного провода с изоляцией разных цветов. Это предотвратит появление ошибок и упростит проверку монтажа. Особого внимания требует монтаж цепей питания, ибо здесь ошибка может привести к выходу из строя сразу нескольких транзисторов и резисторов. Не менее опасны и случайные соединения радиаторов между собой и токонесущими проводниками цепей двуполярного источника питания. Только после тщательной проверки всего монтажа подключайте усилитель к сети!
О тембре звука и уровне громкости каждого канала можно судить по положению меток на ручках переменных резисторов относительно их шкал на лицевой панели. При вращении ручек в направлении движения часовой стрелки громкость должна плавно нарастать и ощущаться подъем низших и высших частот звукового диапазона. Добиваются такого звукового эффекта правильным подключением соединительных проводников к регулирующим переменным резисторам. После этого можно вставить несущую панель с передней стенкой в ящик и скрепить их шурупами или винтами.
Из книги "Радиоежигодник", 1983, Гороховсий А.В.
