НОРМИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Чувствительность усилителей мощности, как правило, около 1 В. Выходное же напряжение большинства источников сигнала — от 250 мВ до 775 мВ (ОдБ). Поэтому для раскачки сигнала либо используют отдельный нормирующий усилитель, либо совмещают его функции с усилителем темброблока. Как показывает практика, большинство аудиофилов слушает музыку с крайним подъемом как высоких, так и низких частот. При полном исключении темброблока из тракта обработки сигнала, без нормирующего усилителя не обойтись.

Если обратиться к кривым равной громкости (рис.1) [1, 2], учитывающим физиологическую особенность нашего слуха, то легко заметить, что для уровня 30 дБ (средний уровень шума в жилом помещении) в области НЧ кривая имеет подъем 6 дБ/окт начиная с 250 Гц, а с частоты 100 Гц крутизна наклона увеличивается до 12 дБ/окт. Подъем на частоте 30 Гц достигает 40...45 дБ. Отсюда ясно, что обеспечить требуемую АЧХ при малой громкости с помощью простых регуляторов тембра практически невозможно, да это и неудобно.

Правильно спроектированный тон-компенсированный регулятор громкости упрощает управление усилителем, позволяет исключить темброб-лок из тракта обработки сигнала, а также — существенно улучшить субьек-тивно воспринимаемую звуковую картину, особенно при низких уровнях громкости. При расчетах тонкомпенсированно-го регулятора за максимальный уровень громкости обычно принимают уровень 80 фон. Учитывая, что минимальный уровень шума в помещении составляет порядка 30 фон, диапазон регулирования громкости должен быть не менее 50...60 дБ. При расчете исходят из того, что на максимальной громкости АЧХ усилителя должна быть сбалансирована с учетом имеющихся громкоговорителей и акустических свойств помещения. Поэтому, чтобы получить скорректированные АЧХ регулятора на разных уровнях громкости, необходимо провести горизонтальную прямую через точку, соответствующую частоте 1 кГц на кривой, равной громкости 80 фон (рис.2), и измерить расстояние от нее до кривой требуемой громкости в децибелах для всех контрольных частот [2]. При этом легко заметить, что в наибольшей коррекции нуждается область НЧ. Требуемый подъем на частоте 50 Гц составляет, например, для громкости 40 фон 22 дБ. К сожалению, характеристики кривых равной громкости, приводимые в разных источниках [1...4], значительно разнятся.

Вниманию радиолюбителей предлагается нормирующий усилитель, совмещенный с тонкомпенсированным регулятором громкости и "мягким" ограничителем сигнала (рис.3). На схеме в обозначениях элементов первого канала (А1) указана первая цифра "1".

За основу регулятора громкости взят регулятор из [5], практическая схема которого приведена на рис.4 [6].

Данный регулятор требует применения переменного резистора группы В, т.е. с обратно-логарифмической характеристикой. Прослушивание фонограмм с использованием этого регулятора выявило следующие недостатки:
- слишком ранний и чрезмерный подъем ВЧ-составляющих;
- слишком ранний подъем НЧ-составляющих с последующим перегибом АЧХ, что приводит к бубнящему, "бочкообразному" звучанию.

Это подтверждают и характеристики, снятые с помощью программы Elektronics Workbench (EWB), разработанной канадской фирмой interaktive Image Technologies. Демонстрационную версию этой программы можно получить по Internet, обратившись на Web-страницу http:// www.interactive.com или на фирму-разработчик по электронной почте: support@interactive.com

Чтобы сохранить наклон АЧХ в области НЧ 12 дБ/окт (без заметного пе-региба в обратную сторону), в предлагаемом усилителе частота среза НЧ-фильтра регулятора громкости R3-С2 (рис 3) выбрана около 30 Гц. В исходном варианте частота среза равна 50 Гц Несколько уменьшена и емкость конденсатора ВЧ-коррекции СЗ. Дополнительный подьем на частотах ниже 100 Гц обеспечивает конденсатор С1, его емкость увеличена, чтобы уменьшить дополнительный подъем.

С помощью переключателя S1 предусмотрена возможность отключения тонкоррекции, поскольку ее использование, как указывается в [7], в ряде случаев связано с определенными проблемами:
- при данном положении регулятора заранее не известно, какой в действительности окажется субъективная громкость;
- любая коррекция АЧХ вносит в исходный сигнал определенные фазовые искажения;
- многие музыкальные инструменты при исполнении на них громких и тихих пассажей издают звуки с разной тембровой окраской.

Подбором резистора R5 добиваются минимального изменения громкости при переключениях. Для упрощения коммутации переключатель S1.1 можно исключить, что практически не ухудшает работу регулятора. Нормирующий усилитель выполнен на малошумящем операционном усилителе К544УД2. С целью повышения нагрузочной способности и снижения искажений, выходной каскад операционного усилителя переведен в режим класса А с помощью генератора тока на транзисторе VT1. В цепи обратной связи включен регулятор баланса R2. Этот резистор может быть группы А или С.

Коэффициент усиления (около 4,5) зависит от номинала резистора R6. Конденсатор С4 служит для исключения постоянной составляющей на входе ОУ и уменьшает шорохи при нарушении подвижного контакта регулятора.

На рис.5 показана типичная осциллограмма выходного напряжения усилителя мощности при перегрузке. На его вход подаются одновременно два сигнала — с частотами 150 Гц и 10 кГц, причем уровень сигнала частотой 10 кГц на 20 дБ (в 10 раз) ниже, что соответствует соотношению уровней в реальном сигнале. Как видно из осциллограммы, на вершине суммарного сигнала происходит "плоское" ограничение, т.е. полное замещение сигналов продуктами искажений — гармониками высших порядков. В [8] указано, что для исключения таких искажений и приближения к искажениям ламповых усилителей применяют "мягкие" ограничители сигналов.

Такой ограничитель в описываемом усилителе выполнен на двух транзисторах — VT2, VT3 (аналог стабистора), включенных в диагональ моста. Порог ограничения определяется напряжением стабилизации аналога (около 1,3 В) и падением напряжения на двух диодах моста. При необходимости уменьшить уровень ограничения на 0,6 В, достаточно заменить аналог стабистора диодом, а при необходимости увеличить порог необходимо последовательно со "стабистором" включить необходимое количество диодов.

На рис.6...8 показаны осциллограммы комбинации сигналов (150 Гц+10 кГц) на выходе ограничителя. На рис.6 — схема без резистора R13 и конденсатора С5, на рис.7 — без конденсатора С5. Подбором соотношения резисторов R12/R13 в пределах 4. .6 можно подобрать оптимальный режим мягкого ограничения. Введение конденсатора С5 уменьшает ограничение высших частот.

В усилителе мощности необходимо установить такой максимальный коэффициент усиления, при котором еще не происходит ограничения. При питании обоих каналов усилителя от одного источника, это необходимо сделать с учетом "просадки" напряжения питания под нагрузкой в обоих каналах одновременно. При этом УМЗЧ получает как бы дополнительный запас по перегрузочной способности. Более совершенный вариант регулятора громкости представлен на рис.9. Для дополнительного подъема средних частот введен фильтр ВЧ C2-R5, с выхода которого через резистор R6 сигнал объединяется с сигналами, поступающими через резистор R7 с фильтра НЧ (R4-C3) и через резистор R8 с движка регулятора. Цепочка R3-C4 служит для дополнительного подъема в области ВЧ. Подбором резистора R8 добиваются оптимального подьема средних частот на минимальной громкости. Характеристики регулятора приведены на рис.10.

---

Радиолюбительские схемы / Усилители, УНЧ, аудио

Другие страницы сайта