Читать онлайн «Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы». Страница 27

рис. 30, 30

Рассмотрев схему двухкаскадного усилителя, мы вышли, наконец, на линию старта — копия этой схемы вместе со схемой выпрямителя и указанием данных всех деталей приведена на рис. 44. Здесь же показан один из вариантов монтажа усилителя. В усилителе применены силовой и выходной трансформаторы от приемника «Рекорд».

Рис. 44. Простой двухламповый усилитель

Для того чтобы сравнивать различные схемы и конструкции усилителей, нужно прежде всего точно договориться о том, какие их качества нужно заносить в графу «хорошо», а какие в графу «плохо». Но еще раньше нужно сказать несколько слов о тех показателях, которые характеризуют работу усилителя (рис. 31).

Рис. 31. Для оценки усилителя нужно знать его основные качественные показатели, в частности, номинальную выходную мощность, соответствующие этой мощности коэффициент нелинейных искажений, чувствительность, полосу воспроизводимых частот, допустимые в этой полосе частотные искажения, уровень фона, динамический диапазон громкости.

На вход усилителя НЧ с микрофона, звукоснимателя, магнитной головки и т. п. подается электрический сигнал — копия звука. Такой же сигнал, но, конечно, более мощный, должен появиться на выходе усилителя. Но, к сожалению, в процессе путешествия по усилителю форма сигнала искажается, несколько изменяется его спектр. Здесь мы встречаем уже знакомые виды искажений: нелинейные, частотные и фазовые. Но если раньше мы говорили об искажении звуковых колебаний, то теперь речь идет об искажении электрического сигнала. С точки зрения конечного результата это одно и то же — электрический сигнал превращается в звук, и все искажения в итоге достаются нашему слуху.

Источники частотных искажений — это реактивные элементы схемы — конденсаторы и катушки. Именно они оказывают разное сопротивление синусоидальным составляющим разных частот (рис. 30, 10, 30, 11) и таким образом нарушают соотношение между этими составляющими (рис. 32).

Рис. 32. Частотные искажения возникают из-за реактивных элементов — конденсаторов и катушек, сопротивление которых меняется с частотой; чем больше удельный вес реактивных сопротивлений, тем сильнее частотные искажения.

Однако если умело подойти к делу, этот недостаток можно обратить в достоинство. Можно так подобрать реактивные элементы схемы (обычно для этого используют RС-цепочки), чтобы скомпенсировать частотные искажения в других элементах усилительного тракта. Так, например, если громкоговоритель на какой-то частоте заваливает частотную характеристику на 10 дб, а усилитель на той же частоте дает подъем на 10 дб, то оба вида искажений компенсируют друг друга.

Ровная, без завалов, частотная характеристика усилителя — это хорошо. Но еще лучше, если есть возможность с помощью регуляторов тембра менять эту характеристику в широких пределах и особенно создавать значительный подъем в области высших и низших частот. Усилитель работает «в коллективе», и мы ценим его не только за высокие «личные» качества, но и за то, что он умеет корректировать недостатки своих «коллег», в частности громкоговорителя (рис. 33).

Рис. 33. Используя реактивные элементы (обычно конденсаторы в RС-цепочках), можно получить некоторый подъем на краях частотной характеристики и в какой-то степени скомпенсировать завал, создаваемый громкоговорителями.

К сожалению, с нелинейными искажениями дело обстоит не так. Возникая в различных элементах тракта, они суммируются, и поэтому нужно добиваться, чтобы на каждом участке Кн.и и был как можно меньше. В усилителе главные источники нелинейных искажений — это лампы и трансформаторы; их характеристики имеют явно выраженный нелинейный характер (рис. 15 и рис. 30, 21). Принимая ряд мер, удается снизить Кн.и в рядовых усилителях до 5–7 % и в усилителях высшего класса до 1–2 %.

рис. 30, 21

Рост нелинейных искажений ограничивает увеличение мощности усилителя. Как правило, любой усилитель может отдать мощность большую, чем он отдает, но для этого нужно залезть на нелинейные участки ламповых характеристик, и Кн.и станет недопустимо большим. Поэтому номинальную мощность Рном усилителя определяют так: наибольшая мощность, при которой Кн.и не превышает установленной для данного усилителя величины. Номинальная мощность — это «потолок», выше которого подниматься не стоит. Ясно, что этот «потолок» соответствует самым громким звукам, которые появляются не так уж часто. В среднем усилитель развивает мощность значительно меньше номинальной. Поэтому оказалось удобным ввести еще одну характеристику — нормальную мощность Рнорм, которая составляет 10 % от Рном. Иногда удобно говорить о номинальном и нормальном выходном напряжении. Между ними существует такая связь: Uнорм ~ 0,3 Uном

С учетом мощности определяют такую важную характеристику усилителя, как чувствительность. Численно она равна напряжению, которое надо подать на вход, чтобы выходная мощность была равна номинальной. Чем меньше это напряжение, тем лучше чувствительность усилителя. По данным, приведенным в предыдущей главе, можно установить такие нормы чувствительности: усилитель для воспроизведения грамзаписей—100–250 мв, усилитель для работы от динамического микрофона — 0,5–2 мв, магнитофонный усилитель— 5—10 мв (однодорожечная запись) или 0,5–5 мв (двухдорожечная запись).

С номинальной мощностью связана еще одна важная характеристика усилителя — динамический диапазон.

Чтобы без искажений передать звучание голоса и особенно оркестра, нужно не только воспроизвести звуковые колебания определенной формы, но и сохранить естественное соотношение между самыми тихими и самыми громкими звуками. Это соотношение называется динамическим диапазоном громкости или, коротко, просто динамическим диапазоном. Для речи динамический диапазон составляет 40 дб, а для симфонического оркестра намного больше — около 70 дб.

Казалось бы, нет никаких трудностей для того, чтобы воспроизвести большой динамический диапазон. Есть самый громкий звук, соответствующий номинальной мощности усилителя (например, 10 вт), и самый тихий звук должен просто быть на 70 дб тише, то есть должен соответствовать в 10 миллионов раз меньшей мощности (1 мквт). Однако при большом динамическом диапазоне самый слабый звук оказывается слишком слабым — его вообще невозможно услышать. С одной стороны, этому мешает внешний шум — шум, проникающий из соседних помещений, с улицы. С другой стороны, сигналы, соответствующие самым тихим звукам, просто теряются в усилителе — их перекрывают собственные шумы усилителя и, в частности, фон переменного тока.

Фон может появиться из-за плохой фильтрации выпрямленного (анодного) напряжения. Но особенно опасным источником фона являются наводки от сети переменного тока. Провода, по которым переменный ток с частотой 50 гц течет к лампочке, к электроплитке и, наконец, к самому усилителю, — это своего рода передающие антенны. Они излучают электромагнитные волны и наводят во всех металлических предметах, в том числе и в электрических цепях усилителя, слабые переменные напряжения с частотой сети 50 гц. Обычно эти напряжения очень малы — десятки и сотни микровольт. В тех цепях, где проходит достаточно сильный сигнал, эти наводки вообще не заметны, но во входных цепях усилителя, где напряжение сигнала очень мало, наводки уже сравнимы с сигналом. Попав во входную цепь, наводки и весь дальнейший путь по усилителю проходят вместе с сигналом; в итоге громкоговоритель воспроизводит их в виде отвратительного монотонного гула. Это и есть фон переменного тока (рис. 31, д, 34).

Рис. 34. Наиболее опасный источник фона — наводки переменного (сетевого) тока в цепях с низким уровнем сигнала. Для защиты от наводок входные цепи усилителя тщательно экранируют. Нужно снизить фон до такого уровня, чтобы на слух трудно было определить, включен ли усилитель.

Принято считать, что даже самый слабый сигнал (Рмин) должен на 10–20 дб превышать уровень шумов и фона усилителя НЧ. В этом случае фон и собственные шумы практически уже не слышны. Во всяком случае, они оказываются неуловимо слабыми в сравнении с сигналом. Но, к сожалению, мы не можем бесконечно уменьшать наводки — существует какой-то предел, ниже которого опуститься очень трудно. Даже для высококачественных усилителей допускается уровень фона на 46 дб ниже номинальной мощности, а для усилителей третьего класса допускается еще более сильный фон — на 32 дб ниже уровня Рном.